CN102866355A - 用于数控直接进给轴的直线电机功率性能测试试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于数控直接进给轴的直线电机功率性能测试试验装置，由推力测试试验台和速度传感器组成，推力测试试验台包括机架组件、传动装置组件、滚珠丝杠螺母副组件、触手组件、阻尼器组件；机架组件上面通过前支撑座和后支撑座连接传动装置组件，机架组件与传动装置组件之间设有滚珠丝杠螺母副组件，且滚珠丝杠螺母副组件的导轨固定在机架组件的支撑板上，滚珠丝杠通过轴承座固定在机架组件的支撑板上；滚珠丝杠螺母副组件的螺母座与传动装置组件的传动连接件之间设有触手组件且两个触手组件在螺母座的两侧对称排布，并与螺母座固定连接；阻尼器组件安装在滚珠丝杠螺母副组件的滚珠丝杠端部位置，并通过阻尼支撑座固定在机架组件的支撑板上。

Description

用于数控直接进给轴的直线电机功率性能测试试验装置

技术领域

本发明涉及一种直线电机测试试验装置，特别涉及一种用于数控直接进给轴的直线电机功率性能测试试验装置。

背景技术

目前世界上高速加工技术成为近些年发展迅速的主要技术之一。直线电机开始作为高速进给系统出现在加工中心中。由于直接驱动进给系统具有传统进给系统无法比拟的优点和潜力，再次受到各国的重视。直线电机作为一种机电系统，将机械结构简单化，电气控制复杂化，符合现代机电技术的发展趋势。国内研究直线电机，特别是机床进给系统中的直线伺服电机的研究还处于起步阶段，和国外的差距较大。另一方面，国内目前尚未制定完整的直线电机检验方法和测试设备，基本上都是根据所用电机的型式和场合使用现有设备进行一些特定参数的测试．而且基本上是借鉴旋转电机相应的方法和有关的国家标准制定方案。这些测试方法无法针对直线电机的某些具体特性进行测试，其测试结果也无法全面准确反映直线电机的工作性能，对直线电机性能的检测实验方法及实验设备的研制就显得至关重要。直线电机功率作为进给轴的驱动能力的一个重要指标，对该项性能进行检测对评价直线电机的性能具有重要意义。

发明内容

本发明是要提供一个用于数控直接进给轴的直线电机功率性能测试试验装置，其主要目的，在于实现面向直接进给轴的直线电机功率的检测功能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种用于数控直接进给轴的直线电机功率性能测试试验装置，由推力测试试验台和速度传感器组成，推力测试试验台和速度传感器分别固定在进给轴床身的两端，其特点是：推力测试试验台包括机架组件、传动装置组件、滚珠丝杠螺母副组件、触手组件、阻尼器组件；机架组件上面通过前支撑座和后支撑座连接传动装置组件，机架组件与传动装置组件之间设有滚珠丝杠螺母副组件，且滚珠丝杠螺母副组件的导轨固定在机架组件的支撑板上，滚珠丝杠螺母副组件的滚珠丝杠通过轴承座固定在机架组件的支撑板上；滚珠丝杠螺母副组件的螺母座与传动装置组件的传动连接件之间设有触手组件；且两个触手组件在螺母座的两侧对称排布，并与螺母座固定连接；阻尼器组件安装在滚珠丝杠螺母副组件的滚珠丝杠端部位置，并通过阻尼支撑座固定在机架组件的支撑板上。

机架组件包括磁块组，支撑板及安装在支撑板上的两个前支撑座、两个后支撑座及两个对称的轴承座，其中，磁块组安装在支撑板下面。

传动装置组件包括导向轴、直线轴承及传动连接件，导向轴的两端分别穿过前支撑座和后支撑座上的孔，导向轴上设有直线轴承，直线轴承通过传动连接件上的孔及螺钉与传动连接件固定在一起，传动连接件通过直线轴承实现在导向轴上滑动。

滚珠丝杠螺母副组件包括滚珠丝杠、螺母、螺母座、导轨滑块、导轨及两个轴承，滚珠丝杠两端依靠前后轴承进行支撑，轴承设于轴承座的孔内，螺母通过螺钉与螺母座的螺母法兰锁紧，螺母座与螺母导轨滑块采用下锁式的固定方式固定；导轨滑块设于导轨之上，螺母座与导轨滑块一起沿导轨滑动。

触手组件包括推杆、导向套、弹簧、推力传感器、推力传感器安装板及固定连接件，固定连接件通过两个螺钉与螺母座连接，固定连接件内两端分别设有推力传感器安装板和导向套，推力传感器用螺钉固定在推力传感器安装板内侧上，导向套内滑动配合连接推杆，推杆后端与弹簧相连，弹簧另一端与推力传感器固定连接。

阻尼器组件包括阻尼盘、阻尼座、阻尼支撑座、调整螺母，阻尼盘设置在滚珠丝杠的端部位置，与阻尼座相配合，阻尼座固定在阻尼支撑座上，阻尼支撑座通过螺钉与支撑板连接，通过旋转滚珠丝杆末端的调整螺母（54），调整阻尼盘与阻尼座之间的接触间隙。

本发明的有益效果是：直接面向工程应用，对开发与研制检验直线电机性能装置和仪器具有一定的参考价值，能够在一定程度上对直线电机检验技术与直线电机检验仪器的发展与完善提供一些方法和理念，有助于使用或制造直线电机的厂商正确地了解其性能参数，进行对比和选择使直线电机在性能测试领域更加有依据，更加成熟化。

采用上述技术方案后，本发明与现有的背景技术相比，具有如下优点：

（1）它可以单独完成整套直线电机功率检测项目，而不需要多项辅助性测试机构进行协调测试，从而保证它整体性的同时，也能够更精确地测试性能参数，应变数据，进而简化测试步骤以及降低测试难度。

（2）整个检测机构装拆方便，可在各种不同直线电机实际环境下做出相应的位置调整，安装定位方便易于操作，适应性较强。

（3）整个机构能够在有限的空间内完成对直线电机功率的检测。整体结构简单，体积小，调整方便。

附图说明

图1是本发明的立体分解图；

图2是本发明的等轴测图；

图3是本发明的俯视图；

图4是本发明的剖视图；

图5是本发明的触手组件剖视图；

图6是本发明的总体布置图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明根据P=Fv，分为两部分，即直线电机推力检测和速度检测。推力检测主要是对直线电机做推力的测试，在运动过程中，通过力传感器来获得数据；速度检测主要是对直线电机做速度的测试，在运动过程中，通过速度传感器来获得数据。由于速度传感器可直接测试直线电机速度，故本发明主要着重于对推力的检测。

本发明是将电机的直线运动转换成旋转运动，进而检测出直线电机的推力。选用丝杠螺母副来实现。如果将丝杠固定不动，转动丝杠可以实现螺母的直线运动。反之，如果推动螺母，也可以实现丝杠的转动。直线电机与试验机构之间使用传动装置来保证力的传递，使用推杆来推动螺母做直线运动，在两者之间安装力传感器，并在丝杠的一端安装阻尼器进行刹车。由此即可得到所要测得的推力。

根据P=Fv，测量得到的直线电机推力和运行速度就可以得到直线电机的输出功率。

如图6所示, 本发明包括推力测试试验台60和速度传感器70。推力测试试验台60和速度传感器70分别固定在机床床身93的两端。推力测试试验台机构60通过磁块组11与机床床身连接，速度传感器70通过螺钉与磁块组11固定后，通过磁块组11机床床身93连接。测定的直线电机由直线电机动子91和直线电机定子92组成。

（1）电机速度测量

速度的测试可以通过速度传感器70测定直线电机动子91的位置变化，进而计算出直线电机动子91的速度值。本实施例中采用的速度传感器为ZLS-C50激光高精度测速传感器，用以测定直线电机动子91的运动速度，速度传感器70将速度信号转化为数字量后，信号经采样计算机80后，实现速度数据的实时采样。

（2）电机推力的测量

本发明测量直线电机推力的方法是将电机的直线运动转换成旋转运动，进而检测出电机的推力。由直线电机动子91带动机床立柱去推动试验台的传动连接件23，传动连接件23与直线轴承22一起在导向轴21上滑动，将推力传给触手组件4的推杆41，推杆41推动弹簧43把推力传给推力传感器44。推力传感器44将测得的推力转换成电信号送入计算机80。

如图1～4所示，推力测试试验台60，包括机架组件1、传动装置组件2、滚珠丝杠螺母副组件3、触手组件4与阻尼器组件5。

机架组件1上面通过前支撑座13和后支撑座14连接传动装置组件2，机架组件1与传动装置组件2之间设有滚珠丝杠螺母副组件3，且滚珠丝杠螺母副组件3的导轨35固定在机架组件1的支撑板12上，滚珠丝杠螺母副组件3的滚珠丝杠31通过轴承座15固定在机架组件1的支撑板12上；滚珠丝杠螺母副组件3的螺母座33与传动装置组件2的传动连接件23之间设有触手组件4；且两个触手组件4在螺母座33的两侧对称排布，并与螺母座33固定连接；阻尼器组件5安装在滚珠丝杠螺母副组件3的滚珠丝杠31的端部位置，并通过阻尼支撑座53固定在机架组件1的支撑板12上。

如图1～4 所示，底座组件1由磁块组11和支撑板12及安装在支撑板12上的两个前支撑座13、两个后支撑座14及两个对称的轴承座15组成。磁块组11吸在机床上进行固定，磁块组11上有螺孔，可用螺钉与支撑板12连接。支撑板12上对称的分布若干个螺孔，用来固定两个前支撑座13、两个后支撑座14、两个对称的轴承座15、导轨35及阻尼支撑座53。

如图1～4所示，传动装置组件2包括两个导向轴21、两个直线轴承22及传动连接件23。导向轴21的两端分别穿过前支撑座13和后支撑座14上的孔，前支撑座13处用轴用弹性挡圈轴向固定，后支撑座14处用螺母轴向固定。导向轴21上设有直线轴承22，直线轴承22通过传动连接件23上的孔及螺钉与传动连接件23固定在一起，使得传动连接件23可以和直线轴承22一起在导向轴21上滑动。

如图1～4所示，滚珠丝杠螺母副组件3包括滚珠丝杠31、螺母32、螺

母座33、导轨滑块34、导轨35及两个轴承36。滚珠丝杠31两端穿过轴承36上的孔，轴承36设于轴承座15的孔内。螺母32通过螺钉与螺母座33的螺母法兰锁紧。螺母座33与导轨滑块34采用下锁式的固定方式固定。导轨35设于支撑板12之上，通过螺钉连接。

如图1～5所示，触手组件4包括推杆41、导向套42、弹簧43、推力传感器44、推力传感器安装板45及固定连接件46。为了受力均匀及测力准确，触手组件4在螺母座的两侧对称排布。固定连接件46通过两个螺钉与螺母座43连接。固定连接件46上设有推力传感器安装板45和导向套42，通过焊接的方法连接。推力传感器45用螺钉固定在推力传感器安装板45上。推杆41通过导向套42，可在导向套42内沿轴向滑动，一端与弹簧43相连。弹簧43另一端与推力传感器44固定。

如图1～4所示，阻尼器组件5包括阻尼盘51、阻尼座52、阻尼支撑座53、调整螺母54。阻尼盘51设置在滚珠丝杠31的端部位置，与阻尼座52相配合，阻尼座52固定在阻尼支撑座53上，阻尼支撑座53通过螺钉与支撑板12连接，调整螺母54设于丝杆上，其端面与阻尼盘51接触，用于调整阻尼的大小。通过调整调整螺母54来改变阻尼51盘与阻尼座52之间的预紧力，进而改变推动丝杆螺母的运动阻力，以实现额定试验、堵动试验、空载试验。测试的时候一般采用堵转试验的方法进行测试，这时测得的为最大推力，也即是起动推力。

（3）直线电机效率测定

用制动法测试电机效率，直线电机输入功率                                               

可由输入的电压和电流相乘得出。输出功率

由本发明测出。

计算公式如下

  

式中：

—电机的输出功率

—电机的输入功率

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于数控直接进给轴的直线电机功率性能测试试验装置，由推力测试试验台（60）和速度传感器（70）组成，推力测试试验台（60）和速度传感器（70）分别固定在进给轴床身（93）的两端，其特征在于：所述推力测试试验台（60）包括机架组件（1）、传动装置组件（2）、滚珠丝杠螺母副组件（3）、触手组件（4）、阻尼器组件（5）；机架组件（1）上面通过前支撑座（13）和后支撑座（14）连接传动装置组件（2），机架组件（1）与传动装置组件（2）之间设有滚珠丝杠螺母副组件（3），且滚珠丝杠螺母副组件（3）的导轨（35）固定在机架组件（1）的支撑板（12）上，滚珠丝杠螺母副组件（3）的滚珠丝杠（31）通过轴承座（15）固定在机架组件（1）的支撑板（12）上；滚珠丝杠螺母副组件（3）的螺母座（33）与传动装置组件（2）的传动连接件（23）之间设有触手组件（4）；且两个触手组件（4）在螺母座（33）的两侧对称排布，并与螺母座（33）固定连接；阻尼器组件（5）安装在滚珠丝杠螺母副组件（3）的滚珠丝杠（31）端部位置，并通过阻尼支撑座（53）固定在机架组件（1）的支撑板（12）上。

2.根据权利要求1所述的一种用于数控直接进给轴的直线电机功率性能测试试验装置，其特征在于：所述机架组件（1）包括磁块组（11），支撑板（12）及安装在支撑板（12）上的两个前支撑座（13）、两个后支撑座（14）及两个对称的轴承座（15），其中，磁块组（11）安装在支撑板（12）下面。

3.根据权利要求1所述的用于数控直接进给轴的直线电机功率性能测试试验装置，其特征在于：所述传动装置组件（2）包括导向轴（21）、直线轴承（22）及传动连接件（23），导向轴（21）的两端分别穿过前支撑座（13）和后支撑座（14）上的孔，导向轴（21）上设有直线轴承（22），直线轴承（22）通过传动连接件（23）上的孔及螺钉与传动连接件（23）固定在一起，传动连接件（23）通过直线轴承（22）实现在导向轴（21）上滑动。

4.根据权利要求1所述的用于数控直接进给轴的直线电机功率性能测试试验装置，其特征在于：所述滚珠丝杠螺母副组件（3）包括滚珠丝杠（31）、螺母（32）、螺母座（33）、导轨滑块（34）、导轨（35）及两个轴承（36），滚珠丝杠（31）两端依靠前后轴承（36）进行支撑，轴承（36）设于轴承座（15）的孔内，螺母（32）通过螺钉与螺母座（33）的螺母法兰锁紧，螺母座（33）与螺母导轨滑块（34）采用下锁式的固定方式固定；导轨滑块（34）设于导轨（35）之上，螺母座（33）与导轨滑块（34）一起沿导轨（35）滑动。

5.根据权利要求1所述的用于数控直接进给轴的直线电机功率性能测试试验装置，其特征在于：所述触手组件（4）包括推杆（41）、导向套（42）、弹簧（43）、推力传感器（44）、推力传感器安装板（45）及固定连接件（46），固定连接件（46）通过两个螺钉与螺母座（33）连接，固定连接件（46）内两端分别设有推力传感器安装板（45）和导向套（42），推力传感器（44）用螺钉固定在推力传感器安装板（45）内侧上，导向套（42）内滑动配合连接推杆（41），推杆（41）后端与弹簧（43）相连，弹簧（43）另一端与推力传感器（44）固定连接。

6.根据权利要求1所述的用于数控直接进给轴的直线电机功率性能测试试验装置，其特征在于：所述阻尼器组件（5）包括阻尼盘（51）、阻尼座（52）、阻尼支撑座（53）、调整螺母（54），阻尼盘（51）设置在滚珠丝杠（31）的端部位置，与阻尼座（52）相配合，阻尼座（52）固定在阻尼支撑座（53）上，阻尼支撑座（53）通过螺钉与支撑板（12）连接，通过旋转滚珠丝杆（31）末端的调整螺母（54），调整阻尼盘（51）与阻尼座（52）之间的接触间隙。

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