1 引 言
屏显式金属加工液攻丝扭矩模拟评定试验机(外观图如图1所示),主要用标准试样丝锥,以一定的转速对注满切削液的标准试样螺母坯件进行攻丝,记录扭矩,用基准液和待测液的扭矩比值来评定切削液的润滑性能。该机亦可用标准试样丝锥,以一定的转速对注满标准切削液的不同金属材料的试样螺母坯件进行攻丝,记录扭矩,用基准金属材料和待测金属材料的扭矩比值来评定不同金属材料的切削性能。此外,该机还可用标准切削液和标准螺母坯件进行丝锥的寿命试验。
该机对于少无切削液(剂)、冲压、轧制油(剂)亦可通过标准挤压丝锥和标准挤压螺母坯件来评定其机械挤压润滑性能。试验件分解顺序见图2。
2 主要技术指标
(1)主轴输出扭矩范围:0~25N·m
(2)试验机最大极限扭矩(非切削挤压状态):50N·m
(3)扭矩测量示值相对精度:±2%
(4)效验扭矩标准牛顿砝码精度:±0·3%
(5)主轴无级调速范围:15-1000r/min
(6)主轴无级调速精度:±0·5%FS(>100r/min)、±2r/min(<100)
(7)扭矩采样区间设置范围:1~9999
(8)标准螺尖,挤压丝锥规格:M10×1·5
(9)标准切削螺母坯件底孔尺寸:Φ8·538±0·004mm
(10)标准挤压螺母坯件底孔尺寸:Φ9·337±0·004mm
(11)试验机主机外形尺寸(长×宽×高):710×330×800
3 结构特点
该机主要由主机、电控箱、计算机和扭矩效验装置四大部分组成,这四部分是分体的,其中扭矩效验装置仅在效验扭矩时使用,另外三部分(即主机、电控箱和计算机)也是分离的,互相之间导线联结,使用时可将主机、电控箱、计算机从左至右的顺序排列。
主机主要包括机械传动系统和扭矩传递系统,电控箱主要包括扭矩测量控制系统、交流伺服控制系统和转数转速测量控制系统,计算机软件测量控制系统主要包括对各种参数的显示和对扭矩时间的曲线(见图3)显示处理及平均扭矩的计算。
3·1 试验机的工作原理
该机采用交流伺服电机及交流伺服调速系统,实现主轴的无级调速及恒扭矩输出,采用扭矩传感器测量攻丝扭矩,以光电编码器测量转速及转数,以启动扭矩控制转数计数器的启动,以转数(×60)设置采样区间,以扭矩计算器计算采样区间内的平均扭矩,以行程开关控制电机的换向及电磁离合器的离合,以计算机记录扭矩曲线并作采样区间的起止标记。
3·2 机械传动系统
该机试样丝锥的旋转和移动是通过电机带动的,其传动过程如下:调速电机带动主动轮旋转,主动轮通过圆弧齿同步带带动从动轮旋转,从动轮带动传动轴旋转,传动轴通过电磁离合器带动主轴通过传动销带动丝杆旋转,丝杆通过传动螺母一边旋转一边向下(或向上)移动,从而使装在其上的试样丝锥一边旋转一边向下(或向上)移动。
3·3 扭矩传递系统
该机试样丝锥对试样螺母坯件的攻丝扭矩是通过传感器测量的,试样丝锥对试样螺母坯件进行攻丝,产生扭矩,该扭矩通过锁紧螺母和止动销由试样螺母坯件传递给圆工作台,圆工作台与轮辐式扭矩传感器的内环通过螺纹联结在一起,轮辐式扭矩传感器的外环固定,这样,由于扭矩的作用,轮辐式传感器的弹性梁即产生变形,从而,贴于其上的应变片即产生应变,应变引起电信号的变化,经标定将电信号的变化换算为扭矩的变化。
4 控制系统描述
该试验机控制系统采用上下位机结构,下位机包括扭矩测量控制、转速及转数测量控制,和上位机进行全双工通讯。上位机主要包括对各种参数的实时显示和扭矩时间的曲线显示处理及平均扭矩的计算。
4·1 扭矩测量控制系统
扭矩测量及控制是该机测控系统的核心,平均扭矩是主要的测量参数,它是否准确直接影响到试验机的精度。该机采用高档微处理器进行数据处理及控制,由于攻丝转速范围宽,而且攻丝过程中扭矩波动较大,为了使测试数据准确,A/D转换器采用十六位的高速A/D转换器。
4·2 转速及转数测量控制系统
转数测量和扭矩测量相互控制,转数计数的起止受启动扭矩的控制,而平均扭矩区间的选择由转数来设置。为了提高平均扭矩区间划分精度,本转数计数器采用每圈计60个数,测速传感器采用光电编码器。
4·3 交流伺服调速系统
该系统采用松下交流调速控制系统,该系统
具有双向工作方式,有效率高、对称性好等突出优点,而且有宽的调速范围,性能优越,运行平滑无噪声,该系统具有正反向控制、电机过流保护、限位保护、超速保护等功能。电气控制系统框图见图4。
4·4 计算机软件测量控制系统
计算机软件测量控制系统的功能主要有(计算机软件主界面及试验报告见图5、图6):
(1)集试验参数显示、数据处理、数据分析于一体。
(2)屏幕显示:扭矩,转数,转速
(3)曲线实时显示:时间-扭矩。
(4)曲线选择性实时对比显示。
(5)状态栏实时显示曲线数值。
(6)可以自动计算平均扭矩。
(7)试验曲线种类丰富。
(8)具备完整的数据库操作功能。
(9)支持各类商业通用打印机。
5 结 论
该试验机能满足摩擦学各个技术领域,包括石油化工、机械、能源等行业和科研院所对各种金属加工液润滑性能的模拟评定,也可应用于丝锥的寿命试验及节能试验,为丝锥的设计提供精确合理的数据。目前,该试验机已研制完成,性能稳定可靠,用户反映良好。
参考文献
[1] 周立功,等.ARM微控制器基础与实战[M].北京航空航天大学出版社,2005.
本文作者：韩作庆,张 立
