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专利名称：一种滑枕受力形变测试方法及测试平台

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410694820.9

专利申请（专利权）人：东风设备制造有限公司
权利人地址：湖北省十堰市张湾区工业新区发展大道6号

专利发明（设计）人：发明人:唐拓,刘方

专利摘要：本发明公开一种滑枕受力形变测试方法及测试平台，先将滑枕固定在测试台上：滑枕的通孔水平，安装滑轨的面竖直；在滑枕一端固定安装刚性回转轴；再在滑枕下方施加第一预紧力模拟滑枕在实际工作状态下的受力；对滑枕背面预留孔施加水平向的第二预紧力后，测量所述滑枕背面预设第一测量点的值；对刚性回转轴施加径向的第三预紧力后，测量所述滑枕背面预设测量点的值；改变第三预紧力的施加方向，测量所述滑枕背面预设第一测量点的值；改变测量点的位置重复测量，根据测量点数据建立数据库，修正CAE分析模型。本发明成本低、制作快、易操作，得到粗略的形变结果，用于修正、验证滑枕CAE分析模型，大大缩短研发周期的特点，具有良好的推广、使用价值。

主权利要求：
1.一种滑枕受力形变测试方法，其特征在于，包括：
先将滑枕固定在测试台上：滑枕的通孔水平，安装滑轨的面竖直；在滑枕一端固定安装刚性回转轴；再在滑枕下方施加第一预紧力模拟滑枕在实际工作状态下的受力；
A、使用测量表测量滑枕背面预设第一测量点的值；
B、模拟滑枕背面磁吸力：对滑枕背面预留孔施加水平向的第二预紧力后，测量所述滑枕背面预设第一测量点的值；
C、模拟加工中刀夹受到的切削力：对刚性回转轴施加径向的第三预紧力后，测量所述滑枕背面预设测量点的值；改变第三预紧力的施加方向，测量所述滑枕背面预设第一测量点的值；
重复A～C测量不同测量点的值，根据测量点数据建立数据库，修正CAE分析模型。
2.根据权利要求1所述的滑枕受力形变测试方法，其特征在于：第二和第三预紧力都是通过螺钉施加，预紧力的大小通过T＝K*F0*d来计算，T为拧紧力矩，能从扭力扳手上直接读出，K为扭紧力矩系数，F0为预紧力，d为螺纹公称直径。
3.应用权利要求1或2所述测试方法的滑枕受力形变测试平台，其特征在于，包括：测试平台，测试平台上设有承载支架和回转支架；滑枕连接件将滑枕固定在承载支架侧壁；滑枕轴向一端的端面固定连接有一刚性回转轴；所述刚性回转轴一端与所述滑枕固定，另一端插入回转支架的通孔中，且所述通孔内壁与刚性回转轴的插入端外壁之间设有第一间隙；
所述滑枕下方均布多个小支座，每个所述小支座上设有一能顶住滑枕底部的第一预紧件。
4.根据权利要求3所述的滑枕受力形变测试平台，其特征在于：所述承载支架侧壁靠近滑枕上下两端以及靠近滑枕中部均设有一凸台；第二预紧件一端从承载支架插入并穿过所述凸台插入滑枕预留的螺纹孔中。
5.根据权利要求4所述的滑枕受力形变测试平台，其特征在于：所述凸台与滑枕之间设有第二间隙。
6.根据权利要求3所述的滑枕受力形变测试平台，其特征在于：所述回转支架固定有预紧板；所述刚性回转轴一端插入所述预紧板的通孔中；所述第一间隙为上述通孔内壁与刚性回转轴的插入端外壁之间的间隙；预紧板上间隔均布多个指向上述通孔的螺纹孔，第三预紧件一端能插入上述螺纹孔穿过第一间隙顶紧在上述刚性回转轴插入端的外壁上。
7.根据权利要求3或4所述的滑枕受力形变测试平台，其特征在于：所述承载支架的横向长度小于滑枕长度的一半。
8.根据权利要求3所述的滑枕受力形变测试平台，其特征在于：所述滑枕与承载支架之间设有导轨模拟块；滑枕连接件将滑枕、导轨模拟块、承载支架连接成一个整体。
9.根据权利要求8所述的滑枕受力形变测试平台，其特征在于：所述承载支架包括与测试平台可拆卸连接的横部，固定滑枕的竖部；所述竖部与横部之间间隔设有多个加强板。
10.根据权利要求3所述的滑枕受力形变测试平台，其特征在于：所述测试平台表面均布多个纵横布置的T型槽；承载支架通过与T型槽适配的T型螺钉以及螺母将承载支架固定在测试平台上。 说明书 : 一种滑枕受力形变测试方法及测试平台技术领域[0001] 本发明属于加工中心技术领域，具体是一种滑枕受力形变测试方法及测试平台。背景技术[0002] 现有新型加工中心已开始大量配置直线电机等具备高速能力的零部件提高动态性能，高动态性能对机床结构件的轻量化提出了相当高的要求。滑枕作为龙门加工中心Z轴中的核心部件，轻量化的完备程度将直接影响机床的加工参数。然而一味追求轻量化忽视了刚性又会带来稳定性差、加工精度低等问题，因此如何平衡两者就显得尤为重要。[0003] 目前解决这一问题的常用方法有两种，一种是对结构件进行CAE分析，通过软件端的计算得出结果来优化轻量化方案。然而由于实际工况非常复杂，CAE的建模与实际有较大出入，得到的形变结果并不准确。CAE分析常用于多种方案的定性比较，不太适合单一方案的定量分析。另一种方法则常见于科研机构，他们通过价格昂贵、品种繁多的测量设备对现实工况中的结构件进行实时的变形监测、反馈、分析，以达到较为准确的结果。但是这种方法对于设备的投入较大，难以在一般生产性质的工厂得到应用。发明内容[0004] 针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种低成本、制作快、易操作，既结合软件又不偏离实际，能得到粗略结果的滑枕受力形变测试方法及测试平台。[0005] 为达到上述目的，第一方面，本发明设计的滑枕受力形变测试方法，包括：[0006] 先将滑枕固定在测试台上：滑枕的通孔水平，安装滑轨的面竖直；在滑枕一端固定安装刚性回转轴；再在滑枕下方施加第一预紧力模拟滑枕在实际工作状态下的受力；[0007] A、使用测量表测量滑枕背面预设第一测量点的值；[0008] B、模拟滑枕背面磁吸力：对滑枕背面预留孔施加水平向的第二预紧力后，测量所述滑枕背面预设第一测量点的值；[0009] C、模拟加工中刀夹受到的切削力：对刚性回转轴施加径向的第三预紧力后，测量所述滑枕背面预设测量点的值；改变第三预紧力的施加方向，测量所述滑枕背面预设第一测量点的值；[0010] 重复A～C测量不同测量点的值，根据测量点数据建立数据库，修正CAE分析模型。[0011] 优选的，第一至第三预紧力都是通过螺钉施加，预紧力的大小通过T＝K*F0*d来计算，T为拧紧力矩，能从扭力扳手上直接读出，K为扭紧力矩系数，F0为预紧力，d为螺纹公称直径。[0012] 第二方面，本发明设计的滑枕受力形变测试平台，包括：测试平台，测试平台上设有承载支架和回转支架；滑枕连接件将滑枕固定在承载支架侧壁；滑枕轴向一端的端面固定连接有一刚性回转轴；所述刚性回转轴一端与所述滑枕固定，另一端插入回转支架的通孔中，且所述通孔内壁与刚性回转轴的插入端外壁之间设有第一间隙；所述滑枕下方均布多个小支座，每个所述小支座上设有一能顶住滑枕底部的第一预紧件。[0013] 优选的，所述承载支架侧壁靠近滑枕上下两端以及靠近滑枕中部均设有一凸台；第二预紧件一端从承载支架插入并穿过所述凸台插入滑枕预留的螺纹孔中。[0014] 进一步优选的，所述凸台与滑枕之间设有第二间隙。[0015] 优选的，所述回转支架固定有预紧板；所述刚性回转轴一端插入所述预紧板的通孔中；所述第一间隙为上述通孔内壁与刚性回转轴的插入端外壁之间的间隙；预紧板上间隔均布多个指向上述通孔的螺纹孔，第三预紧件一端能插入上述螺纹孔穿过第一间隙顶紧在上述刚性回转轴插入端的外壁上。[0016] 优选的，所述承载支架的横向长度小于滑枕长度的一半。[0017] 优选的，所述滑枕与承载支架之间设有导轨模拟块；滑枕连接件将滑枕、导轨模拟块、承载支架连接成一个整体。[0018] 进一步优选的，所述承载支架包括与测试平台可拆卸连接的横部，固定滑枕的竖部；所述竖部与横部之间间隔设有多个加强板。[0019] 优选的，所述测试平台表面均布多个纵横布置的T型槽；承载支架通过与T型槽适配的T型螺钉以及螺母将承载支架固定在测试平台上。[0020] 本发明的有益效果是：[0021] 1、低成本、制作快：测试平台简单易操作，利用已有的工厂平台底板和自制件搭建完成。[0022] 2、模拟真实受力情况：通过螺钉预紧力模拟实际加工中的受力，读出千分表测量值，操作方便。[0023] 3、缩短研发周期：滑枕设计加工完成后即可测试变形情况，不需等待长周期的部件到货和装配，能提前发现问题进行优化。[0024] 4、建立数据库：通过多次实验数据建立数据库，修正CAE分析模型，便于后续产品CAE分析准确性提升。[0025] 本发明有效解决了使用CAE分析滑枕受力变形时结果与实际情况有较大出入，使用测量设备对处于加工工况中的滑枕实时监测的方法则前期投入资金大的问题。本发明结构及方法成本低、制作快、易操作，既结合软件又不偏离实际，并且能标准化滑枕CAE分析模型，得到粗略的形变结果，大大缩短研发周期的特点，具有良好的推广、使用价值。附图说明[0026] 图1是本发明滑枕受力形变测试平台的立体示意图；[0027] 图2是本发明滑枕受力形变测试平台的主视示意图；[0028] 图3是本发明滑枕受力形变测试平台的后视示意图；[0029] 图4是本发明滑枕受力形变测试平台的俯视示意图；[0030] 图5是本发明滑枕受力形变测试平台的左视示意图；[0031] 图6是本发明滑枕受力形变测试平台的右视示意图；[0032] 图7是本发明滑枕受力形变测试平台的剖视图一；[0033] 图8是本发明滑枕受力形变测试平台的剖视图二。具体实施方式[0034] 下面通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0035] 如图1～8所示，在滑枕实际工作的恒温间中进行实验测试，先将两块带有T型槽1.1的实验平板1.2通过键连接固定在一起形成测试平台1，实验平板1需表面平整。测试平台1左侧通过T型螺钉3和螺母4固定有一个承载支架2，右侧通过T型螺钉3和螺母4固定有一个回转支架9。[0036] 滑枕连接件6通过竖部2.2上的通孔、导轨模拟块7中的通孔将滑枕5、导轨模拟块7、承载支架2连接成一个整体。导轨模拟块7的刚性很好，变形很。曰肀湫尾饬拷峁跋旖系。[0037] 所述承载支架2包括与测试平台1可拆卸连接的横部2.1，固定滑枕5的竖部2.2；所述竖部2.2与横部2.1之间间隔设有多个加强板2.3。承载支架2刚性很好，变形很。曰肀湫尾饬拷峁跋旖系。[0038] 滑枕5中心的下面均布有多个小支座11，小支座11通过T型螺钉、螺母固定在测试平台1上。小支座11中心有螺钉孔，第一预紧件12——本实施例为长螺钉通过螺纹固定在小支座11上，顶端顶住了滑枕5。[0039] 竖部2.2侧壁中间焊接有三个长方形的凸台13，所述凸台13与滑枕之间设有第二间隙。凸台13上间隔设有多个通孔，第二预紧件14一端从竖部2.2插入并穿过所述凸台13插入滑枕预留的螺纹孔中。[0040] 滑枕5右端通过螺钉、销安装有一个模拟摆角头和刀具的刚性极好的刚性回转轴8。刚性回转轴8右端为圆柱形，并插入回转支架9的通孔中。回转支架9上焊接有一块正八边形板10，上述圆柱形插入正八边形板10的通孔中，且上述通孔内壁与上述圆柱形外壁之间设有第一间隙。[0041] 正八边形板10每条边正中均设有指向上述通孔的螺纹孔，第三预紧件15一端能插入上述螺纹孔穿过第一间隙顶紧在上述刚性回转轴8插入端的外壁上，也就是，第三预紧件15与正八边形板10螺纹连接，并且第三预紧件15的端部能抵接再上述圆柱形的外壁上。通过控制第三预紧件15的旋入深度控制预紧力，此处虽然是直观的描述为深度，实际上应当是力矩扳手此时的扭矩。[0042] 千分表可以装在加强板2.3上，表头指向滑枕背面中间位置螺纹孔附近，读出千分表此时数值。[0043] 模拟背面磁吸力时，通过扭力扳手拧紧的第二预紧件14，凸台13和滑枕5背面中间部分留有第二间隙。第二预紧件14预紧力的大小通过T＝K*F0*d来计算，T为拧紧力矩，能从扭力扳手上直接读出，K为扭紧力矩系数，F0为预紧力，d为螺纹公称直径。[0044] 模拟合力的大小等于各个预紧螺钉的预紧力之和，所有螺纹预紧力施加完成后再读同一位置千分表的读数。[0045] 模拟加工中刀具受到切削力时，通过扭力扳手拧紧的第三预紧件15，第三预紧件15旋入正八边形板10边中间的螺纹孔顶住刚性回转轴8的插入端，第三预紧件15的预紧力大小仍然通过T＝K*F0*d来计算，预紧力施加完成后再读同一位置千分表的读数。改变第三预紧件15预紧力的施加方向后再读同一位置千分表14的读数。[0046] 一处测量完成，更换千分表的位置，重复加载卸载的过程，统计千分表的读数变化，测试不同点的变形情况。统计所有数据后建立数据库，与CAE分析滑枕受力后得出的结果进行对比修正，建立滑枕CAE分析模型，便于后续产品直接用CAE分析得出较为准确的结果。[0047] 本发明设计的滑枕受力形变测试方法，包括：[0048] 先将滑枕固定在测试台上：滑枕的通孔水平，安装滑轨的面竖直；在滑枕一端固定安装刚性回转轴；再在滑枕下方施加第一预紧力模拟滑枕在实际工作状态下的受力；第一预紧力主要是为了尽量平衡重力，使滑枕在径向方向上受力平衡，与实际加工中工况近似；[0049] A、使用测量表测量滑枕背面预设第一测量点的值；[0050] B、模拟滑枕背面磁吸力：对滑枕背面预留孔施加水平向的第二预紧力后，测量所述滑枕背面预设第一测量点的值；在实际过程中，滑枕背面通过螺钉安装有磁板，直线电机工作时，线圈对磁板产生磁吸力，这个磁吸力通过螺钉传递到滑枕背面。使用实际的磁板安装孔施加合力等效于线圈吸引力的螺钉预紧力就能很好的还原实际工况，使得测试结果更准确。[0051] C、模拟加工中刀夹受到的切削力：对刚性回转轴施加径向的第三预紧力后，测量所述滑枕背面预设测量点的值；改变第三预紧力的施加方向，测量所述滑枕背面预设第一测量点的值；滑枕在径向上并不是对称分布的，不同方向下第三预紧力对变形的影响不相同，因此需要进行多方向多大小的测量。[0052] 重复A～C测量不同测量点的值，根据测量点数据建立数据库，修正CAE分析模型。主要是分析软件中滑枕受到磁吸力的作用范围、作用形式、滑枕固定的面等边界条件以及较为准确的扭紧力矩系数K。[0053] 优选的，第二和第三预紧力都是通过螺钉施加，预紧力的大小通过T＝K*F0*d来计算，T为拧紧力矩，能从扭力扳手上直接读出，K为扭紧力矩系数(与材料，润滑情况，表面加工情况等有关，因此实验中需要使用同一批次的新螺钉；螺钉下面加垫保证螺钉与垫圈支撑面的端面摩擦力矩T2为定值(扳手扭转总力矩T＝克服螺纹副的螺纹阻力矩T1+螺钉与垫圈支撑面的端面摩擦力矩T2)，T2为定值后产生预紧力的螺纹阻力矩T1就成了线性变化的，方便后续CAE模型的修正；实验过程中温度、湿度、扳手扭转速度、同一组实验中扳手力矩大小保持一致，尽量降低其他因素的影响)，F0为预紧力，d为螺纹公称直径。[0054] 本发明简单易操作，成本低廉，制作时间短，模拟的情景和实际加工状况非常相似，能低成本快速粗略的得出滑枕加工中的变形情况，大大缩短研发周期，有利于产品的迭代开发。多次实验得出的数据可以建立数据库，修正对产品进行CAE分析时的模型，便于后续产品直接用CAE分析得出较为准确的结论。[0055] 测试平台通过拧紧螺钉施加预紧力来模拟滑枕实际加工中的受力，通过千分表测量滑枕的形变，用测量出的结果建立数据库，修改优化滑枕的CAE分析模型，具有低成本、制作快、易操作，既结合软件又不偏离实际，能得到粗略结果，能大大缩短研发周期的特点。[0056] 通过力矩扳手拧紧螺钉施加预紧力来模拟滑枕实际加工中的受力，通过千分表测量滑枕的形变，操作方法简单；操作平台利用工厂已有的平台底板加上几个简单的自制件就能搭建完成，成本低，制作快；在项目前期滑枕设计加工完成后就能测试它的变形，不用等长周期的直线电机到货，不用等待部件的装配，能提前发现问题进行结构优化迭代，大大缩短研发周期；滑枕放倒背面与平台平面垂直安装在支架上，大大降低了操作平台高度，也有充足的空间来上紧螺钉；在滑枕底部用均布的几个螺钉支撑，减小了重力对实验结果的影响；背面通过螺钉施加预紧力模拟磁吸力，顶端与一刚性轴相连接，轴的一端受到螺钉施加的预紧力来模拟加工中刀具受到的力；用测量出的结果建立数据库，参考实际数据优化滑枕的CAE分析模型，达到滑枕CAE分析标准化，便于后续产品直接用CAE分析得出较为准确的结果。[0057] 本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。

专利地区：湖北

专利申请日期：2024-05-31

专利公开日期：2024-10-08

专利公告号：CN118746480A