基于數控臥式車床的負荷試驗方法探析

郭 艷，陳立貴，陶 亮，倪 娜，劉 鯤

（馬鞍山市產品質量監(jiān)督檢驗所，安徽 馬鞍山 243000）

數控機床負荷試驗是機床出廠檢驗和驗收檢驗的重要檢測項目，目的是檢驗機床是否滿足設計要求，機床的剛度和各工作機構的強度，特別是考核機床主傳動系統是否能承受設計所允許的最大轉矩和功率。GB/T 9061-2006《金屬切削機床通用技術條件》中規(guī)定，在負荷試驗前后，檢驗機床的幾何精度，因此負荷試驗是機床的重要檢測項目。

1 負荷試驗方法[1][2]

數控臥式機床負荷試驗依據標準GB/T 25659.2-2010《簡式數控臥式車床 第二部分：技術條件》和GB/T 9061-2006《金屬切削機床通用技術條件》。在機床空運轉試驗合格后，再進行負荷試驗。進行負荷試驗時，要求機床所有機構、各運動部件動作平穩(wěn)、工作正常、無振動和噪聲。主軸的轉速不得比空運轉轉速降低5%以上。數控臥式車床負荷試驗包括主傳動系統最大扭矩試驗、最大切削抗力試驗、主傳動系統達到最大功率試驗、抗振性切槽試驗。試驗時記錄切削試件的材料、試件尺寸、切削速度、進給量、切削深度、試驗時的溫度、濕度、功率、轉速等信息。

2 負荷試驗的檢驗內容及過程[3]

2.1 機床空運轉試驗

機床空運轉試驗檢查機床傳動系統、操縱裝置、電氣系統、冷卻系統、潤滑系統等部位是否正常運行。在不切削狀態(tài)下運轉機床，檢驗主運動進給運動的平穩(wěn)性、機床溫度的變化及空載功率?？者\轉試驗包括溫升試驗、主運動和進給運動的檢驗、動作試驗、空運轉功率試驗、整機連續(xù)空運轉試驗。其中主傳動系統空運轉功率應符合設計文件的規(guī)定?？者\轉試驗合格后進行負荷試驗。

2.2 主傳動系統最大扭矩試驗

試驗時，在小于和等于機床計算轉速的轉速范圍內選一適當轉速，逐級改變進給量或切削深度，使機床達到規(guī)定扭矩。檢驗機床傳動系統各傳動部件和變速機構是否可靠，檢驗機床是否平穩(wěn)和運動時候準確。用強力切削外圓進行試驗，用功率表和轉速表測量，最大扭矩計算如下式：

式中：T——扭矩，N·m；

P——切削時電動機的輸入功率，kW；

P0——機床裝有工件時的空運轉功率，kW；

n——主軸轉速，rpm。

2.3 最大切削抗力試驗

試驗時，選用適當的幾何參數的刀具，在小于或等于機床計算轉速的轉速范圍內選一適當轉速，逐漸改變進給量或切削深度，使機床達到規(guī)定的切削抗力。檢驗各運動機構、傳動機構是否靈活、可靠。最大切削抗力計算如下式：

式中：F——切削抗力的主分力，N；

P——切削時電動機的輸入功率，kW；

P0——機床裝有工件時的空運轉功率，kW；

n——主軸轉速，rpm；

r——工件的切削半徑，m。

2.4 最大功率試驗

根據機床的類型，選擇適當的加工方式、試件、刀具，常用的進給量、切削速度，逐步改變切削深度使機床達到最大功率，檢驗機床在最大功率切削下各部分工作狀態(tài)的穩(wěn)定性、金屬切除率及電氣系統等是否可靠。

3 負荷試驗實例

以CK400×1000型簡式數控臥式車床為測試對象，機床的設計參數為：最大扭矩150N·m，最大切削抗力1600N，主電機最大功率5.5kW，床身上最大回轉直徑Da400mm，機床計算轉速230r/min。采用規(guī)格型號為CA8336的便攜式電能質量分析儀和光電式轉速表，進行負荷試驗。

3.1 主傳動系統最大扭矩試驗和最大切削抗力試驗

根據GB/T 25659.2-2010《簡式數控臥式車床第二部分：技術條件》規(guī)定，試件材料采用45鋼，試件直徑120mm，長度300mm，設置機床轉速為230r/min。安裝工件進行空運轉試驗，采用CA8336型便攜式電能質量分析儀，設置三線三相制接線方式，三相電壓與三相電流接入主電機的三相輸入端，電流鉗箭頭方向與電流的方向相同。輸入端測得空運轉功率P0=1.115kW。

用強力車削外圓進行試驗，用光電轉速表測得機床轉速 r=232r/min。根據式（1）、（2），已知 P0、r、T、n 的值，計算出達到最大扭矩150N·m時，P為 4.759kW，達到最大切削抗力1600N時，P為3.482kW。當進給量為0.4mm，切削深度為0.6mm時，通過電能質量分析儀測得機床主傳動系統的功率為4.863kW，機床達到最大扭矩。當進給量為0.2mm、切削深度為0.6mm時，測得機床主傳動系統的功率為3.592kW，機床達到最大切削抗力。檢驗機床達到最大扭矩、最大切削抗力時的運行狀況。主傳動系統最大扭矩試驗和最大切削抗力試驗流程如圖1所示。

圖1 主傳動系統最大扭矩試驗和最大切削抗力試驗流程圖

3.2 最大功率試驗

CK400×1000型簡式數控臥式車床的主電機功率為5.5 kW，用高速切削外圓，試驗機床承受電機額定功率的能力。試件材料45鋼，試件直徑100mm，試件長度500mm，切削速度120m/min，進給量0.4mm，改變切削深度使電機達到額定功率，檢驗機床在最大功率下的運行狀況。

4 結論

采用負荷試驗檢驗機床的設計是否合理，機床的結構剛性與功率設備是否匹配。如果主電機功率設計過大，則機床能耗增大，不利于節(jié)能環(huán)保；反之，若設計過小，則會造成功率不夠，機床無法正常運行。以CK400×1000型簡式數控臥式車床為測試對象，進行了負荷試驗，并畫出主傳動系統最大扭矩試驗和最大切削抗力試驗的流程圖，為機床出廠檢驗和驗收檢驗負荷試驗方法提供重要的參考。