一种可控边界条件三方向可变式重型机床地基模型箱技术领域
本发明涉及机床地基研究领域，特别是涉及机床地基模型试验中模型箱的设计。
背景技术
重型数控机床主要用于大型、特大型精密零件加工，是为国防军工、航空航天、船
舶、能源(火电、水电、核电、风力发电)、交通运输(铁路、汽车)、冶金、工程机械等主要工业
支柱产业以及国家重点工程项目服务。然而,为满足重型数控机床的精度要求，地基承重能
力至关重要。研究机床的承重需要建立机床和地基模型，然后利用土箱试验进行大量试验。
土箱试验中的土箱受到土的压力，土的压力影响重型数控机床基础的人工边界条
件，人工边界条件对土箱实验精度有很大影响，可控人工边界条件的土箱可以监测实验数
据，达到精确控制。土箱的尺寸一般为固定形状，加工后无法改变其大小，试验中模型箱内
的土层之间的压力调整困难；同时试验中模型箱的是根据试验台实际情况和上部机床的结
构大小、形状等诸多因素决定的，目前的试验方案都是针对一种机床的大小和形状来设计
模型箱的大小和形状，针对不同的机床需要重复设计多个模型箱箱，重复加工，利用率比较
低。
发明内容
本发明的目的在于，克服土箱试验中模型箱无法调整横向土层的压力、以及一个
模型箱只针对一种模型的局限性，把模型箱设计成三向可变式，针对试验中不同土层压力
及模型可以调节容积从而适应不同的机器。模型箱加入量度工具便于实验,并且安装水平
仪、水平旋钮可以保证试验台水平，尺寸可以根据压力传感器进行调节。
本发明是采用以下技术手段实现的：
一种可控边界条件三方向可变式重型机床地基模型箱，该地基模型箱包括底板1、
防漏条2、下挡板A3、下挡板B4、下挡板C5、下挡板D6、上挡板E7、上挡板F8、上挡板G9、上挡板
H10、轴承底座11、轴承12、滚珠丝杠升降机13、螺栓槽14、螺栓15、刻度尺16、位移传感器17、
水平旋钮18、压力传感器19。下挡板A3垂直固定在底板1上，下挡板B4水平插入下挡板A3中，
下挡板C5水平插入下挡板D6中，下挡板D6水平插入下挡板A3中，防漏条2覆盖底板1与各挡
板之间的缝隙，上挡板E7垂直插入下挡板A3，上挡板F8垂直插入下挡板B4并水平插入上挡
板E7，上挡板G9垂直插入下挡板C5并水平插入F8，上挡板H10垂直插入下挡板D6并水平插入
上挡板G9和上挡板E7；轴承底座11通过螺栓15分别固定在下挡板A3及上挡板E7两侧；轴承
12固定在轴承底座11上；滚珠丝杠升降机13通过螺栓15分别固定在上挡板E7、上挡板F8、上
挡板H10上并插入轴承12中；水平旋钮18安装在底板1上；刻度尺16粘贴在下挡板A3上；位移
传感器17固定在水平旋钮18上；压力传感器19贴在下挡板C5、上挡板G9上。
螺栓15通过螺栓槽14与轴承底座11连接。
采用以上设计方案，其优点是：
(1)可以精确控制人工边界条件，更好的契合实验设计方案。
(2)可控制长宽三个方向，对一定量的土调节水平方向和垂直方向长度更方便的
调整土层的压力，更加灵活的适应不同体积变化。
(3)加入量度工具，更便于调节尺寸方向；加入水平调节装置，保证实验精度。
(4)采用滚珠丝杠驱动方式，拥有传动效率高、调节方便、节省时间、锁死方便等优
点。
(5)土层压力可控丰富了实验形式。
(6)加入位移传感器可以调节土箱水平，保证土箱不受土的重力影响。
附图说明
图1为模型箱实体图；
图2为模型箱箱结构正视图；
图3为模型箱箱结构俯视图；
图4为下挡板A3、B4、C5、D6、上挡板F8、H10正视图；
图5为下挡板A3、B4、C5、D6、上挡板F8、H10俯视图；
图6为上挡板E7、G9左视图；
图7为上挡板E7、G9正视图；
图8为底板1的俯视图；
图9为轴承底座11的正视图；
图10为滚珠丝杠升降器正视图；
图中1底板，2、防漏条，3、下挡板A，4、下挡板B，5、下挡板C，6、下挡板D，7、上挡板E，
8、上挡板F，9、上挡板G，10、上挡板H，11、轴承底座，12、轴承，13、滚珠丝杠升降机，14、螺栓
槽，15、螺栓，16、刻度尺，17、水平仪，18、水平旋钮，19、压力传感器。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细描述。
如图1-图10所示为三向可变式模型箱装置，图中底板1、防漏条2、下挡板A3、下挡
板B4、下挡板C5、下挡板D6、上挡板E7、上挡板F8、上挡板G9、上挡板H10、轴承底座11、轴承
12、滚珠丝杠升降机13、螺栓槽14、螺栓15、刻度尺16、位移传感器17、水平旋钮18、压力传感
器19。防漏条2正好覆盖底板与各挡板之间的缝隙；下挡板A3、下挡板B4、下挡板C5、下挡板
D6水平互相插入；上挡板E7、上挡板F8、上挡板G9、上挡板H10水平互相插入并且垂直插入下
挡板A3、下挡板B4、下挡板C5、下挡板D6；轴承底座11通过螺栓15分别固定在下挡板A3及上
挡板E7两侧；轴承12固定在轴承底座11上；滚珠丝杠升降机13通过螺栓分别固定在上挡板
E7、上挡板F8、上挡板H10上并插入轴承中；压力传感器19贴在下挡板C5、上挡板G9上。
通过检测压力传感器19，监测土箱之间的边界压力，调节x方向的边界压力，旋转x
方向滚珠丝杠升降机13，下挡板C5、下挡板D6、上挡板G9、上挡板H10跟随滚珠丝杠升降机13
一起移动；调节y方向的边界压力，旋转y方向滚珠丝杠升降机13，下挡板B4、下挡板C5、上挡
板F7、上挡板G9跟随滚珠丝杠升降机13一起移动；调节z方向的边界压力，旋转z方向滚珠丝
杠升降机13，上挡板E7、上挡板F8、上挡板G9、上挡板H10跟随滚珠丝杠升降机13一起移动；
检测位移传感器17为保持水平，旋转水平旋钮18、底板1四角上下移动保证底板1水平。