专利名称：一种模拟工况的主轴加载测试装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械技术领域中的金切数控机床，具体地说是涉及一种模拟工况的主轴加载机床主轴动态性能测试装置。
背景技术：
主轴是机床的主要组成部分，主轴动态性能的优劣是影响机床的工作性能的主要因素，尤其对工件的加工质量和生产效率有直接影响。模拟工况下的主轴加载试验是反映主轴部件性能指标的一种重要手段，并且还可模拟主轴在铣、钻、扩、镗等各种运行情况下的负载情况。通过单一径向、轴向和径向、轴向混合模拟工况下的加载试验，对于目前数控机床的设计制造中发现主轴动态性能方面的薄弱环节，改善主轴部件的性能，提供重要的依据。因此主轴动态性能的测试十分重要，然而机床厂家对于这方面的研究还处于起步阶段，随着数控机床向高速、高精、复合化方向发展，机床主轴部件模拟加载试验及装置是不 可或缺的。
发明内容
本发明是针对上述存在的问题，提供了一种用于数控机床主轴动态性能测试用、模拟工况的主轴加载测试装置。本发明一种模拟工况的主轴加载测试装置通过下述技术方案予以实现一种模拟工况的主轴加载测试装置包括主轴单元、皮带、伺服电机、径向力导向座、径向加载螺杆、径向加载手轮、径向加载螺母座、径向力传感器、径向加载测头、轴向加载手轮、轴向加载螺杆、轴向加载螺母座、轴向力导向座、轴向力传感器、轴向加载测头、加载测试刀柄、轴向电涡流传感器、传感器支架、2个径向电涡流传感器、主轴单元支座、皮带轮、加载套、滚动轴承、施力杆，数据传输及处理系统，所述的轴向电涡流传感器和通过传感器支架设置在主轴的轴肩上互成90°的2个径向电涡流传感器，并与数据传输及处理系统耦合，伺服电机固定设置在模拟工况的测试平台上，伺服电机通过皮带与主轴单元后端部的皮带轮连接；主轴单元通过主轴单元支座固定在测试平台上，测试刀柄设置在主轴单元前端部；所述的径向加载测头设置在测试施力杆中心的孔内，径向力传感器设置在径向加载测头内侧肩部和测试施力杆端部之间，并与数据传输及处理系统耦合，测试施力杆与径向力导向座通过键联接，径向加载螺杆与径向加载螺母座螺纹连接，径向加载手轮设置在径向加载螺杆的外端部，所述的径向加载螺杆和径向加载测头通过径向加载螺母座和径向力导向座固定在测试平台上与加载测试刀柄垂直一侧，并使径向加载测头与径向加载螺杆同轴；所述的轴向加载测头设置在测试施力杆中心的孔内，轴向力传感器设置在轴向加载测头内侧肩部和测试施力杆端部之间，并与数据传输及处理系统耦合，测试施力杆与轴向力导向座通过键联接，轴向加载螺杆与轴向加载螺母座螺纹连接，轴向加载手轮设置在轴向加载螺杆的外端部，所述的轴向加载螺杆和轴向加载测头通过轴向加载螺母座和轴向力导向座固定在测试平台上与加载测试刀柄端部，并使轴向加载测头与轴向加载螺杆及加载测试刀柄同轴。
本发明与现有技术相比较有如下有益效果本发明是对主轴进行单一径向、轴向和径向、轴向混合模拟工况下的加载和动静刚度与动态回转精度测试，试验工作台上安装有主轴单元,通过电机带动主轴旋转,测试刀柄与主轴通过主轴锥孔联接并拉紧,测试刀柄与加载外套通过滚动轴承隔离，加载装置可在加载外套的径向、轴向手动进行不同大小载荷的加载，径向、轴向加载力的大小可通过径向、轴向压力传感器数据传输及处理系统进行确定。同时进行径向、轴向位移监测，并实现在模拟加载状态下的动刚度检测。在不加载的情况下，使主轴在不同转速下旋转，通过轴向和2个径向互成90°的电涡流传感器可进行主轴不同转速下轴向位移、动态回转精度的测量。所有装置通过螺钉固定于试验平台上。本发明是按照下述方式工作的，在主轴的轴肩上安置互成90°的2个径向电涡流传感器和轴向电涡流传感器，在模拟工况的测试平台上，伺服电机带动主轴单元及与之相连的测试刀柄旋转，通过径向加载手轮或轴向加载手轮旋转带动径向加载螺 杆或轴向加载螺杆，施加载荷通过施力杆传于径向加载测头或轴向加载测头，载荷大小可通过径向力传感器或轴向力传感器输出，并通过数据传输及处理系统显示，加载测头又将载荷分别或同时从轴向、径向加载于测试刀柄，测试刀柄由于采用7008滚动轴承外环与加载套相配合的结构可将主轴的高速转动转化为静态加载，不同的转速下施加不同载荷可通过2个径向电涡流传感器和轴向电涡流传感器监测，并将数据传输及处理、测得轴向、径向位移，测得主轴的动态刚度。或在不加载的情况下，主轴单元转动，通过轴向电涡流传感器和2个径向电涡流传感器将数据传输到处理系统，可测得主轴的动态回转精度。本发明技术优点是可以模拟主轴在铣、钻、扩、镗等各种运行情况下的负载情况，通过单一径向、轴向和径向、轴向混合模拟工况下的加载试验和动静刚度与动态回转精度测试，可对数控机床的可靠性进行评定，具有动态性能测试精度高，测量成本低的优点。
本发明一种模拟工况的主轴加载测试装置有如下附图
图I为本发明一种模拟工况的主轴加载测试装置结构示意 图2为本发明一种模拟工况的主轴加载测试装置加载测试刀柄结构示意 图3为本发明一种模拟工况的主轴加载测试装置加载装置结构示意图。图4为本发明一种模拟工况的主轴加载测试装置数据传输及处理系统结构示意图。其中1、主轴单元；2、皮带；3、伺服电机；4、导向座；5、径向加载螺杆；6、手轮；7、径向加载螺母座；8、径向力传感器；9、径向加载测头；10、手轮；11、轴向加载螺杆；12、轴向加载螺母座；13、导向座；14、轴向力传感器；15、轴向加载测头；16、加载测试刀柄；17、轴向电涡流传感器；18、传感器支架；19、径向电涡流传感器I ;20、径向电涡流传感器II ;21、主轴单元支座；22、皮带轮；23、加载套；24、7008滚动轴承；25、施力杆；26、延伸电缆；27、电源；28、前置装置；29、数据显示设备；30、模数转换装置。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明一种模拟工况的主轴加载测试装置技术方案作进一步描述。
如图I 一图4所示，一种模拟工况的主轴加载测试装置包括主轴单元I、皮带2、伺服电机3、径向力导向座4、径向加载螺杆5、径向加载手轮6、径向加载螺母座7、径向力传感器8、径向加载测头9、轴向加载手轮10、轴向加载螺杆11、轴向加载螺母座12、轴向力导向座13、轴向力传感器14、轴向加载测头15、加载测试刀柄16、轴向电涡流传感器17、传感器支架18、径向电涡流传感器I 19、径向电涡流传感器II 20、主轴单元支座21、皮带轮22、力口载套23、滚动轴承24、施力杆25、延伸电缆26、电源27、前置装置28、数据显示设备29、模数转换装置30，所述的在的轴向电涡流传感器17和2个径向电涡流传感器19、20通过传感器支架18设置在主轴的轴肩上互成90°，并与数据传输及处理系统相联，伺服电机3设置在模拟工况的测试平台上，伺服电机3通过皮带2与主轴单元I后端部的皮带轮22连接；主轴单元I通过主轴单元支座21固定在测试平台上，测试刀柄16设置在主轴单元I后端部；所述的径向加载测头9设置在测试施力杆25中心 的孔内，径向力传感器8设置径向加载测头9内侧肩部和测试施力杆25端部之间，测试施力杆25与径向力导向座4通过键连接，径向加载螺杆5与径向加载螺母座7螺纹连接，径向加载手轮6设置在径向加载螺杆5的外端部，所述的径向加载螺杆5和径向加载测头9通过径向加载螺母座7和径向力导向座4固定在测试平台上与加载测试刀柄16垂直一侧并使径向加载测头9与径向加载螺杆5同轴；所述的轴向加载测头17设置在测试施力杆25中心的孔内，轴向力传感器14设置轴向加载测头17内侧肩部和测试施力杆25端部之间,测试施力杆25与轴向力导向座13通过键连接，轴向加载螺杆11与轴向加载螺母座12螺纹连接，轴向加载手轮10设置在轴向加载螺杆11的外端部，所述的轴向加载螺杆11和轴向加载测头15通过轴向加载螺母座12和轴向力导向座13固定在测试平台上与加载测试刀柄16端部并使轴向加载测头15与轴向加载螺杆11及加载测试刀柄同轴。所述的径向力导向座4和轴向力导向座13均设置有施力杆25。所述的数据传输及处理系统包括轴向力传感器14，径向力传感器8，电涡流传感器17、19、20，延伸电缆26、前置装置28、电源27和数据显示设备29，模数转换装置30，所述的电涡流传感器17、19、20通过延伸电缆26与前置装置28输入端连接，所述的电源27与前置装置28、轴向力传感器14及径向力传感器8电源接口连接，所述的数据显示设备29与前置装置28、模数转换装置30输出接口连接。实施例I。当本发明对主轴进行单一径向、轴向和径向、轴向混合模拟工况下的加载和动静刚度与动态回转精度测试，试验工作台上安装有主轴单元1，通过伺服电机3带动主轴旋转，测试刀柄16与主轴I通过主轴锥孔联接并拉紧，测试刀柄16与加载外套23通过滚动轴承24隔离，加载装置可在加载外套23的径向、轴向手动进行不同大小载荷的加载，径向、轴向加载力的大小可通过径向力传感器8或轴向力传感器14经模数转换装置30，输出到数据显示设备29显示加载力大小。电涡流传感器17、19、20进行径向、轴向位移监测，可实现在模拟加载状态下的动刚度检测，输出到数据显示设备29显示径向、轴向位移及动刚度。在不加载的情况下，使主轴在不同转速下旋转，通过轴向位移传感器17，2个径向互成90°的电涡流传感器19、20可进行主轴不同转速下动态回转精度检测、轴向位移检测，并输出到数据显示设备29进行数据或图形显示。所有装置通过螺钉固定于试验平台上。本发明是按照下述方式工作的，当分别对主轴轴向或径向加载测试时在主轴的轴肩上安置互成90°的轴向电涡流传感器17和2个径向电涡流传感器19、20。在模拟工况的测试平台上，伺服电机3带动主轴单I元及与之相连的测试刀柄16旋转，通过径向加载手轮6或轴向加载手轮10旋转径向加载螺杆5或轴向加载螺杆11,施加载荷通过施力杆25传于径向加载测头9或轴向加载测头15，载荷大小可通过径向力传感器8或轴向力传感器14经模数转换装置30，输出到数据显示设备29显示加载力大小。径向加载测头9或轴向加载测头15又将载荷分别从轴向、径向、或将载荷从轴向、径向同时加载于测试刀柄16,测试刀柄16由于采用滚动轴承26外环与加载套23相配合的结构可将主轴的高速转动转化为静态加载，不同的转速下施加不同载荷可通过轴向电涡流传感器17和2个径向电涡流传感器19、20检测，输出到数据显示设备29显示径向、轴向位移及动刚度，2个径向电涡流传感器19、20输出到数据显示设备29上的径向位移数据取最大者。当需要对主轴轴向和径向同时进行主轴的动态性能测试时在模拟工况的测试平台上，伺服电机3带动主轴单元及与之相连的测试刀柄16旋转，通过径向加载手轮6及轴向加载手轮10旋转径向加载螺杆5及轴向加载螺杆11，施加载荷通过施力杆25传于径向 加载测头9、轴向加载测头15，载荷大小可通过径向力传感器8及轴向力传感器14经模数转换装置30，输出到数据显示设备29显示加载力大小。通过径向加载测头9、轴向加载测头15,将载荷从轴向径向同时加载于测试刀柄16,测试刀柄16由于米用滚动轴承24外环与加载套23相配合的结构可将主轴的高速转动转化为静态加载，不同的转速下施加不同载荷可通过轴向电涡流传感器17和径向电涡流传感器19、20测得主轴不同转速下动态回转精度检测、轴向位移检测，并输出到数据显示设备29进行数据或图形显示。
权利要求
1.一种模拟工况的主轴加载测试装置，包括主轴单元(I)、皮带(2)、伺服电机(3)、径向力导向座(4)、径向加载螺杆(5)、径向加载手轮(6)、径向加载螺母座(7)、径向力传感器(8)、径向加载测头(9)、轴向加载手轮(10)、轴向加载螺杆(11)、轴向加载螺母座(12)、轴向力导向座(13)、轴向力传感器(14)、轴向加载测头(15)、加载测试刀柄(16)、轴向电涡流传感器(17)、传感器支架(18)、径向电涡流传感器I (19)、径向电涡流传感器II (20)、主轴单元支座(21)、皮带轮(22)、加载套(23)、滚动轴承(24)、施力杆(25)、延伸电缆(26)、电源(27)、前置装置(28)、数据显示设备(29)、模数转换装置(30)，其特征在于所述的在的轴向电涡流传感器(17)和2个径向电涡流传感器(19)、(20)通过传感器支架(18)设置在主轴的轴肩上互成90°，伺服电机(3)设置在模拟工况的测试平台上，伺服电机(3)通过皮带(2 )与主轴单元(I)后端部的皮带轮(22 )连接；主轴单元(I)通过主轴单元支座(21)固定在测试平台上，测试刀柄(16)设置在主轴单元(I)前端部；所述的径向加载测头(9)设置在测试施力杆(25)中心的孔内，径向力传感器(8)设置径向加载测头(9)内侧肩部和测试施力杆(25)端部之间，测试施力杆(25)与径向力导向座(4)通过键联接，径向加载螺杆(5)与径向加载螺母座(7)螺纹联接，径向加载手轮(6)设置在径向加载螺杆(5)的外端部，所述的径向加载螺杆(5)和径向加载测头(9)通过径向加载螺母座(7)和径向力导向座(4)固定在测试平台上与加载测试刀柄(16)垂直一侧并使径向加载测头(9)与径向加载螺杆(5)同轴；所述的轴向加载测头(17)设置在测试施力杆(25)中心的孔内，轴向力传感器(14)设置轴向加载测头(17)内侧肩部和测试施力杆(25)端部之间，测试施力杆(25)与轴向力导向座(13 )通过键联接，轴向加载螺杆(11)与轴向加载螺母座(12 )螺纹联接，轴向加载手轮(10)设置在轴向加载螺杆(11)的外端部，所述的轴向加载螺杆(11)和轴向加载测头(15)通过轴向加载螺母座(12)和轴向力导向座(13)固定在测试平台上与加载测试刀柄(16)端部并使轴向加载测头(15)与轴向加载螺杆(11)及加载测试刀柄同轴。
2.根据权利要求I所述的模拟工况的主轴加载测试装置，其特征在于所述的径向力导向座(4)和轴向力导向座(13)均设置有施力杆(25)。
3.根据权利要求I所述的模拟工况的主轴加载测试装置，其特征在于所述的电涡流传感器测试系统包括轴向力传感器(14)、径向力传感器(8)、轴向电涡流传感器(17)、2个径向电涡流传感器(19)、(20)，延伸电缆(26)、前置装置(28)、电源(27)和数据显示设备(29)，模数转换装置(30)，所述的轴向电涡流传感器(17)、2个径向电涡流传感器(19)、(20 )通过延伸电缆(26 )与前置装置(28 )输入端连接，所述的电源(27 )与前置装置(28 )及轴向力传感器(14)、径向力传感器(8)电源接口连接，所述的数据显示设备(29)与前置装置(28)及模数转换装置(30)输出接口连接。
全文摘要
本发明涉及机械技术领域中的金切数控机床，具体地说是涉及一种模拟工况的主轴加载及机床主轴动态性能测试装置。本发明所述的轴向电涡流传感器和通过传感器支架设置在主轴的轴肩上互成90°的2个径向电涡流传感器，伺服电机通过皮带与主轴单元前端部的皮带轮连接；所述的径向和轴向加载测头设置通过径向或轴向加载螺母座和径向或轴向力导向座固定在测试平台上。本发明的优点是可以模拟主轴在铣、钻、扩、镗等各种运行负载情况，通过单一径向、轴向和径向、轴向混合模拟工况下径向2个互成90°的电涡流传感器组合，进行动态回转精度测试，并可对数控机床的工况可靠性进行评定，具有动态性能测试精度高，测量成本低的优点。
文档编号G01M13/00GK102778345SQ201210029928
公开日2012年11月14日 申请日期2012年2月10日 优先权日2012年2月10日
发明者张成佐, 张海英, 苟卫东 申请人:青海华鼎实业股份有限公司