郭 艷，陳立貴，陶 亮，倪 娜，劉 鯤

（馬鞍山市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，安徽 馬鞍山 243000）

數(shù)控機(jī)床負(fù)荷試驗(yàn)是機(jī)床出廠檢驗(yàn)和驗(yàn)收檢驗(yàn)的重要檢測項(xiàng)目，目的是檢驗(yàn)機(jī)床是否滿足設(shè)計(jì)要求，機(jī)床的剛度和各工作機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度，特別是考核機(jī)床主傳動系統(tǒng)是否能承受設(shè)計(jì)所允許的最大轉(zhuǎn)矩和功率。GB/T 9061-2006《金屬切削機(jī)床通用技術(shù)條件》中規(guī)定，在負(fù)荷試驗(yàn)前后，檢驗(yàn)機(jī)床的幾何精度，因此負(fù)荷試驗(yàn)是機(jī)床的重要檢測項(xiàng)目。

1 負(fù)荷試驗(yàn)方法[1][2]

數(shù)控臥式機(jī)床負(fù)荷試驗(yàn)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T 25659.2-2010《簡式數(shù)控臥式車床 第二部分：技術(shù)條件》和GB/T 9061-2006《金屬切削機(jī)床通用技術(shù)條件》。在機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)合格后，再進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)。進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，要求機(jī)床所有機(jī)構(gòu)、各運(yùn)動部件動作平穩(wěn)、工作正常、無振動和噪聲。主軸的轉(zhuǎn)速不得比空運(yùn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速降低5%以上。數(shù)控臥式車床負(fù)荷試驗(yàn)包括主傳動系統(tǒng)最大扭矩試驗(yàn)、最大切削抗力試驗(yàn)、主傳動系統(tǒng)達(dá)到最大功率試驗(yàn)、抗振性切槽試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)記錄切削試件的材料、試件尺寸、切削速度、進(jìn)給量、切削深度、試驗(yàn)時(shí)的溫度、濕度、功率、轉(zhuǎn)速等信息。

2 負(fù)荷試驗(yàn)的檢驗(yàn)內(nèi)容及過程[3]

2.1 機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)

機(jī)床空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)檢查機(jī)床傳動系統(tǒng)、操縱裝置、電氣系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)等部位是否正常運(yùn)行。在不切削狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)床，檢驗(yàn)主運(yùn)動進(jìn)給運(yùn)動的平穩(wěn)性、機(jī)床溫度的變化及空載功率?？者\(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)包括溫升試驗(yàn)、主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動的檢驗(yàn)、動作試驗(yàn)、空運(yùn)轉(zhuǎn)功率試驗(yàn)、整機(jī)連續(xù)空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。其中主傳動系統(tǒng)空運(yùn)轉(zhuǎn)功率應(yīng)符合設(shè)計(jì)文件的規(guī)定?？者\(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)合格后進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)。

2.2 主傳動系統(tǒng)最大扭矩試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)，在小于和等于機(jī)床計(jì)算轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)選一適當(dāng)轉(zhuǎn)速，逐級改變進(jìn)給量或切削深度，使機(jī)床達(dá)到規(guī)定扭矩。檢驗(yàn)機(jī)床傳動系統(tǒng)各傳動部件和變速機(jī)構(gòu)是否可靠，檢驗(yàn)機(jī)床是否平穩(wěn)和運(yùn)動時(shí)候準(zhǔn)確。用強(qiáng)力切削外圓進(jìn)行試驗(yàn)，用功率表和轉(zhuǎn)速表測量，最大扭矩計(jì)算如下式：

式中：T——扭矩，N·m；

P——切削時(shí)電動機(jī)的輸入功率，kW；

P0——機(jī)床裝有工件時(shí)的空運(yùn)轉(zhuǎn)功率，kW；

n——主軸轉(zhuǎn)速，rpm。

2.3 最大切削抗力試驗(yàn)

試驗(yàn)時(shí)，選用適當(dāng)?shù)膸缀螀?shù)的刀具，在小于或等于機(jī)床計(jì)算轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)選一適當(dāng)轉(zhuǎn)速，逐漸改變進(jìn)給量或切削深度，使機(jī)床達(dá)到規(guī)定的切削抗力。檢驗(yàn)各運(yùn)動機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)是否靈活、可靠。最大切削抗力計(jì)算如下式：

式中：F——切削抗力的主分力，N；

P——切削時(shí)電動機(jī)的輸入功率，kW；

P0——機(jī)床裝有工件時(shí)的空運(yùn)轉(zhuǎn)功率，kW；

n——主軸轉(zhuǎn)速，rpm；

r——工件的切削半徑，m。

2.4 最大功率試驗(yàn)

根據(jù)機(jī)床的類型，選擇適當(dāng)?shù)募庸し绞?、試件、刀具，常用的進(jìn)給量、切削速度，逐步改變切削深度使機(jī)床達(dá)到最大功率，檢驗(yàn)機(jī)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(tǒng)等是否可靠。

3 負(fù)荷試驗(yàn)實(shí)例

以CK400×1000型簡式數(shù)控臥式車床為測試對象，機(jī)床的設(shè)計(jì)參數(shù)為：最大扭矩150N·m，最大切削抗力1600N，主電機(jī)最大功率5.5kW，床身上最大回轉(zhuǎn)直徑Da400mm，機(jī)床計(jì)算轉(zhuǎn)速230r/min。采用規(guī)格型號為CA8336的便攜式電能質(zhì)量分析儀和光電式轉(zhuǎn)速表，進(jìn)行負(fù)荷試驗(yàn)。

3.1 主傳動系統(tǒng)最大扭矩試驗(yàn)和最大切削抗力試驗(yàn)

根據(jù)GB/T 25659.2-2010《簡式數(shù)控臥式車床第二部分：技術(shù)條件》規(guī)定，試件材料采用45鋼，試件直徑120mm，長度300mm，設(shè)置機(jī)床轉(zhuǎn)速為230r/min。安裝工件進(jìn)行空運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)，采用CA8336型便攜式電能質(zhì)量分析儀，設(shè)置三線三相制接線方式，三相電壓與三相電流接入主電機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)功率P0=1.115kW。

用強(qiáng)力車削外圓進(jìn)行試驗(yàn)，用光電轉(zhuǎn)速表測得機(jī)床轉(zhuǎn)速 r=232r/min。根據(jù)式（1）、（2），已知 P0、r、T、n 的值，計(jì)算出達(dá)到最大扭矩150N·m時(shí)，P為 4.759kW，達(dá)到最大切削抗力1600N時(shí)，P為3.482kW。當(dāng)進(jìn)給量為0.4mm，切削深度為0.6mm時(shí)，通過電能質(zhì)量分析儀測得機(jī)床主傳動系統(tǒng)的功率為4.863kW，機(jī)床達(dá)到最大扭矩。當(dāng)進(jìn)給量為0.2mm、切削深度為0.6mm時(shí)，測得機(jī)床主傳動系統(tǒng)的功率為3.592kW，機(jī)床達(dá)到最大切削抗力。檢驗(yàn)機(jī)床達(dá)到最大扭矩、最大切削抗力時(shí)的運(yùn)行狀況。主傳動系統(tǒng)最大扭矩試驗(yàn)和最大切削抗力試驗(yàn)流程如圖1所示。

圖1 主傳動系統(tǒng)最大扭矩試驗(yàn)和最大切削抗力試驗(yàn)流程圖

3.2 最大功率試驗(yàn)

CK400×1000型簡式數(shù)控臥式車床的主電機(jī)功率為5.5 kW，用高速切削外圓，試驗(yàn)機(jī)床承受電機(jī)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(jìn)給量0.4mm，改變切削深度使電機(jī)達(dá)到額定功率，檢驗(yàn)機(jī)床在最大功率下的運(yùn)行狀況。

4 結(jié)論

采用負(fù)荷試驗(yàn)檢驗(yàn)機(jī)床的設(shè)計(jì)是否合理，機(jī)床的結(jié)構(gòu)剛性與功率設(shè)備是否匹配。如果主電機(jī)功率設(shè)計(jì)過大，則機(jī)床能耗增大，不利于節(jié)能環(huán)保；反之，若設(shè)計(jì)過小，則會造成功率不夠，機(jī)床無法正常運(yùn)行。以CK400×1000型簡式數(shù)控臥式車床為測試對象，進(jìn)行了負(fù)荷試驗(yàn)，并畫出主傳動系統(tǒng)最大扭矩試驗(yàn)和最大切削抗力試驗(yàn)的流程圖，為機(jī)床出廠檢驗(yàn)和驗(yàn)收檢驗(yàn)負(fù)荷試驗(yàn)方法提供重要的參考。