一种数控机床电主轴粘屑检测夹头测试实验平台及方法

摘要

本发明公开了一种数控机床电主轴粘屑检测夹头测试实验平台及方法，包括机架、夹头固定台、第一控制开关、第二控制开关、真空泵、气压平衡阀、真空罐和活塞杆；所述夹头固定台设置于机架上，用于安装固定待测试的夹头，夹头固定台中间开设通孔，所述气压平衡阀为常闭状态，通过管路与气管连通，由第二控制开关控制开闭，所述第一控制开关用于控制真空罐的启停。本发明的有益效果：设计一体式粘屑检测实验工作平台，可用于粘屑检测实验，解决实验设计中的难题；采用踏板对抽气泵与电磁阀进行控制，解放双手，增加实验效率，并可通过数显屏观察气罐内的气体压强和拉刀系统预紧力大小。

权利要求

1.一种数控机床电主轴粘屑检测夹头测试方法，其特征在于，采用的测试实验平台包括机架(1)、夹头固定台(4)、第一控制开关(61)、第二控制开关(62)、真空泵(7)、气压平衡阀(8)、真空罐(9)和活塞杆(13)；

所述夹头固定台(4)设置于机架(1)上，用于安装固定待测试的夹头(3)，夹头固定台(4)中间开设通孔，所述真空罐(9)竖直设置于机架(1)上，并位于夹头固定台(4)的中间通孔正上方，真空罐(9)为上下开口的罐体结构，内部安装活塞杆(13)，上端通过气管(12)与真空泵(7)连接，所述真空泵(7)安装于机架(1)上，活塞杆(13)的下端设置有外螺纹，所述气压平衡阀(8)为常闭状态，通过管路与气管(12)连通，由第二控制开关(62)控制开闭，所述第一控制开关(61)用于控制真空泵(7)的启停；

还包括显示装置(5)，所述显示装置(5)设置于机架(1)上，所述真空罐(9)上设置压强测量传感器和压强换算装置，用于测量活塞杆(13)上侧部分腔体的气压值，压强测量传感器、压强换算装置、显示装置(5)依次电连接；

还包括弹簧(10)，所述弹簧(10)设置于真空罐(9)腔体内部，其上端压紧真空罐(9)的腔体上侧内壁，其下端压紧活塞杆(13)的上端面；

具体步骤如下：

S1．准备不同尺寸大小的铁屑若干用于检测，安装好待测夹头(3)，将刀具(2)与活塞杆(13)下端连接，连接电源，开机，准备检测；

S2.将最小尺寸的铁屑放入刀具(2)与夹头(3)之间；

S3.通过第一控制开关(61)控制真空泵(7)启动，模拟上刀动作，逐步加大对刀具(2)的拉力，当夹头(3)显示有夹屑时，停止加力，并记录此时拉力值，验证夹屑检测的可行性；

S4.再逐渐加力至最大值，观察夹头(3)是否一直有夹屑显示，验证夹头(3)夹屑检测的稳定性，然后控制第二控制开关(62)启动气压平衡阀(8)，进行退刀；

S5.重复S2-S4，依次更换较大尺寸的铁屑，验证夹头(3)的夹屑检测的稳定性；

S6.重复S1-S5，将一组铁屑重复检测三次，对比各次记录的数据差别，验证夹头(3)的夹屑检测的稳定性。

说明书

一种数控机床电主轴粘屑检测夹头测试实验平台及方法

技术领域

[0001] 本发明属于数控机床设备技术领域，具体涉及一种数控机床电主轴粘屑检测夹头测试实验平台。

背景技术

[0002] 数控机床是装备制造业的工作母机，其技术水平的高低代表了一个国家制造业的发展水平。加工中心是数控机床的第一要员。加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80％左右(普通机床仅为15～20％)；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。随着对高精度零件要求的不断提高，加工精度己经由毫米级、微米级向亚微米级甚至纳米级发展，在高精度加工过程中，主轴夹屑造成的刀具不对中会严重影响工件的加工质量。主轴夹屑的位置主要是两处：一是在刀柄上表面和锥塞下表面之间的缝隙中，二是在锥塞和刀柄接触的锥面上。在实际应用中发现：以上两处夹屑位置产生夹屑故障都发生在加工中心换刀过程中。因此，在刀柄预装进锥塞过程中，检测和预警主轴夹屑故障，避免主轴夹屑对零件加工质量产生影响。近年来，越来越多的企业开始重视对于夹屑检测装置的研发与应用，本申请人致力于本领域的研究，就夹屑检测装置，先后申请并获得授权的申请号为201815865483和2019112895034的两件中国发明专利。

[0003] 为了验证数控机床粘屑检测夹头粘屑检测的可行性以及对粘屑检测可行性和稳定性进行测试，需要选择符合功能的实验工作台进行实验。目前可行的实验方案有两种：一、在数控加工中心电主轴上直接进行实验；二、利用推拉力计与锁刀座模拟刀具上刀过程。第一种方案的成本过高，对于课题经费有限的情况下并不现实，同时数控加工中心操作复杂，实验效率较低，在不熟悉设备的情况下进行实验容易造成电主轴的损坏，从而造成浪费。第二种实验方案需要对锁刀座进行改造，并且刀具在上刀时需要与粘屑检测夹头保持同轴，对于分体设备不易于保证精度，会造成一定程度上的误差，使用推拉力计模拟电主轴内部气压锁刀系统存在一定局限性，并不能完美地还原刀具上刀过程。

发明内容

[0004] 本发明主要是针对电主轴粘屑检测夹头进行粘屑性能测试实验没有专用设备的问题，提出了一种数控机床电主轴粘屑检测夹头测试实验平台，可以模拟刀具上刀，保证检测夹头与刀具的同轴度，并且可以根据实验要求对预紧力的大小进行调整。

[0005] 一种数控机床电主轴粘屑检测夹头测试实验平台，其特征在于，包括机架、夹头固定台、第一控制开关、第二控制开关、真空泵、气压平衡阀、真空罐和活塞杆；

[0006] 所述夹头固定台设置于机架上，用于安装固定待测试的夹头，夹头固定台中间开设通孔，

[0007] 所述真空罐竖直设置于机架上，并位于夹头固定台的中间通孔正上方，真空罐为上下开口的罐体结构，内部安装活塞杆，上端通过气管与真空泵连接，所述真空泵安装于机架上，活塞杆的下端设置有外螺纹，

[0008] 所述气压平衡阀为常闭状态，通过管路与气管连通，由第二控制开关控制开闭，[0009] 所述第一控制开关用于控制真空泵的启停。

[0010] 在上述方案的基础上，还包括显示装置，所述显示装置设置于机架上，所述真空罐上设置压强测量传感器和压强换算装置，用于测量活塞杆上侧部分腔体的气压值，压强测量传感器、压强换算装置电连接和显示装置依次电连接。

[0011] 在上述方案的基础上，还包括弹簧，所述弹簧设置于真空罐腔体内部，其上端压紧真空罐的腔体上侧内壁，其下端压紧活塞杆的上端面。

[0012] 一种数控机床电主轴粘屑检测夹头测试方法，采用上述的实验平台，具体步骤如下：

[0013] S1．准备不同尺寸大小的铁屑若干用于检测（例如准备5种分别为直径0.1mm、0.3mm、0.5mm、0.7mm、0.9mm），安装好待测夹头，将刀具与活塞杆13下端连接，连接电源，开机，准备检测；

[0014] S2.将最小尺寸的铁屑放入刀具与夹头之间；

[0015] S3.通过第一控制开关控制真空泵启动，模拟上刀动作，逐步加大对刀具的拉力，当夹头显示有夹屑时，停止加力，并记录此时拉力值，验证夹屑检测的可行性；

[0016] S4.再逐渐加力至最大值，观察夹头是否一直有夹屑显示，验证夹头夹屑检测的稳定性，然后控制第二控制开关启动气压平衡阀，进行退刀；

[0017] S5.重复S2-S4，依次更换较大尺寸的铁屑，验证夹头的夹屑检测的稳定性；

[0018] S6.重复S1-S5，将一组铁屑重复检测若干次（例如三次），对比各次记录的数据差别，验证夹头的夹屑检测的稳定性。

[0019] 本发明的有益效果：

[0020] 1.设计一体式粘屑检测实验工作平台，可用于粘屑检测实验，解决实验设计中的难题；

[0021] 2.采用踏板对抽气泵与电磁阀进行控制，解放双手，增加实验效率，并可通过数显屏观察气罐内的气体压强和拉刀系统预紧力大小；

[0022] 3.工作台表面设计有刀座，可以存放备用刀具，防止脱落，并且方便实验过程中进行刀具更换，极大程度上增加了实验效率。

附图说明

[0023] 图1为本发明一实施例的立体图；

[0024] 图2为本发明一实施例的立体图；

[0025] 图3为本发明一实施例真空罐的结构原理图。

具体实施方式

[0026] 下面结合本发明实施例中的附图，对本发明的技术方案做进一步说明。

[0027] 一种数控机床电主轴粘屑检测夹头测试实验平台，包括机架1、夹头固定台4、显示装置5、第一控制开关61、第二控制开关62、真空泵7、气压平衡阀8、真空罐9、弹簧10和活塞杆13。

[0028] 夹头固定台4设置于机架1上，用于安装固定待测试的夹头3，夹头固定台4中间开设通孔，通过螺栓将夹头3安装固定在下侧位置。真空罐9竖直设置于机架1上，并位于夹头固定台4的中间通孔正上方。真空罐9为上下开口的罐体结构，内部安装活塞杆13，活塞杆13的杆端从下端伸出罐体，罐体的上端通过气管12与真空泵7连接。真空泵7安装于机架1上。弹簧10设置于真空罐9腔体内部，其上端压紧真空罐9的腔体上侧内壁，其下端压紧活塞杆
13的上端面。活塞杆13的下端设置有外螺纹，气压平衡阀8为常闭状态，通过管路与气管12连通，由第二控制开关62控制开闭。第一控制开关61用于控制真空泵7的启停，显示装置5设置于机架1上。真空罐9上设置压强测量传感器和压强换算装置，用于测量活塞杆13上侧部分腔体的气压值，将测得的压强值传输给压强换算装置，压强换算装置根据测得的压强值、大气压、活塞的上下面的面积，计算得到活塞杆13的拉力，并通过显示装置5显示出来。弹簧
10，在选型时，就选择弹性常数较小，其微小的弹力就可以实现它的功能，所以，在计算拉力的时候，可以将弹簧的弹力忽略不计。

[0029] 第一控制开关61和第二控制开关62采用脚踏板的形式，解放双手，使用更方便。

[0030] 工作原理说明：

[0031] 该实验工作台主要用于验证粘屑检测夹头的粘屑检测是否可行并测试粘屑检测的灵敏性和稳定性，通过脚踏板控制真空泵7将真空罐9内的空气抽空，使得真空罐内部处于负压状态，活塞杆13上端的大面积活塞与真空罐9相配合，随真空罐9内的压强降低，大气压推动活塞杆13上移，带动刀具上移，实现刀具锁紧。解除刀具锁紧时，踏板控制气压平衡阀阀门开启，使得外部空气进入真空罐9内，内外部压强平衡，在真空罐9内弹簧10或自重的作用下，使得活塞连杆下移，刀具锁紧解除，工作台上的显示装置5可以实时显示真空罐9内的压强大小和具体的预紧力大小。刀具2与活塞杆13通过螺纹连接。检测夹头通过八个螺栓可以固定在固定平台4下方。工作台设置有刀座11，刀座11为与刀具2相适配的孔，可以用于存放备用刀具。

[0032] 粘屑检测夹头的粘屑检测步骤：

[0033] S1．准备不同尺寸大小的铁屑用于检测，安装好待测夹头3，将刀具2与活塞杆13下端连接，连接电源，开机，准备检测；

[0034] S2.按照铁屑的大小尺寸按照顺序依次放入刀具2与夹头3之间；

[0035] S3.通过第一控制开关61控制真空泵7启动，模拟上刀动作，逐步加大对刀具2的拉力，当夹头3显示有夹屑时，停止加力，并记录此时拉力值，验证夹屑检测的可行性；

[0036] S4.再逐渐加力至最大值，观察夹头3是否一直有夹屑显示，验证夹头3夹屑检测的稳定性，然后控制第二控制开关62启动气压平衡阀8，进行退刀；

[0037] S5.重复S2-S4，依次更换不同尺寸大小的铁屑，验证夹头3的夹屑检测的稳定性；

[0038] S6.重复S1-S5，将一系列的不同尺寸大小的铁屑重复检测3次，对比3次记录的数据，验证夹头3的夹屑检测的稳定性。

[0039] 可理解的是，尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。