CN104006957A - 接触式混合加载的电主轴可靠性试验台 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种接触式混合加载的电主轴可靠性试验台，是由电主轴、连接轴单元、扭矩加载装置、径向力电磁加载装置、轴向力电磁加载装置和摆臂装置构成。本发明能够同时对电主轴加载轴向力、径向力和扭矩，并可协同控制这三个加载力的大小模拟不同大小和不同方向的切削力，能够真实可靠地模拟电主轴在实际工况中的切削力，为电主轴可靠性加速试验提供实验基础。
Description
技术领域
本发明涉及一种电主轴的可靠性装置，更确切地说，本发明涉及一种通过电磁铁和电力测功机对电主轴进行的混合动态加载的可靠性试验台。
背景技术
加工中心是一个国家不可或缺的战略制造装备，加工中心质量的高低直接反映了该国的技术水平和综合国力，而一台加工中心的可靠性直接反映了该机床质量好坏，因此对加工中心可靠性研究非常必要的。电主轴是加工中心的一个重要关键功能部件，其可靠性水平与机床整机可靠性水平密切相关，为了提高整机的可靠性，对电主轴可靠性的深入研究具有重要意义。
由于现场跟踪故障数据周期长，开展可靠性试验是提高功能部件可靠性水平的主要技术途径，而电主轴可以脱离加工中心单独运行，具备了在实验室内做试验的条件，因此建立数控车接触式混合加载的电主轴可靠性试验台具有可行性。通过搭建试验台就可以在实验室内模拟加工中心电主轴的实际工况进行连续的试验。进行可靠性试验必须遵循的两个基本原则：一是不能改变故障模式，二是不能改变故障机理。目前国内有一些关于电主轴可靠性的试验台，但它们大多数功能简单，只能对电主轴进行空转实验或简单的单一方向的加载试验，且模拟的工作状况与真实工况差距甚大。为了保证该试验台对电主轴实际工况的模拟能力，本发明同时对电主轴加载轴向力、径向力和扭矩，并可协同控制这三个加载力的大小模拟不同大小和不同方向的切削力。本发明能够真实可靠地模拟电主轴在实际工况中的切削力，为电主轴可靠性加速试验提供实验基础。
发明内容
本发明的目的是提供一种接触式混合加载的电主轴可靠性试验台，本发明能够同时对电主轴加载轴向力、径向力和扭矩，并可协同控制这三个加载力的大小模拟不同大小和不同方向的切削力，能够真实可靠地模拟电主轴在实际工况中的切削力。
为解决上述技术问题，本发明是采用如下的技术方案来实现，结合附图说明如下：
本发明是由电主轴、电主轴支撑部分、扭矩加载部分、连接轴单元、径向力电磁加载装置、轴向力电磁加载装置和摆臂装置组成，其中电主轴、连接轴单元和电磁电力测功机三者的轴心线同轴，径向力电磁加载装置与连接轴单元的轴心线相互垂直，轴向力电磁加载装置和连接轴单元的轴心线相互平行；本发明将电主轴在实际工况中所受的切削力分解为轴向力、径向力和扭矩三个力，可以单独控制这三个加载力的大小模拟不同大小和不同方向的切削力。
所述的电主轴支撑部分是由抱夹装置、主轴底座、底座支撑块、螺栓和T形螺母组成，电主轴通过螺栓固连在抱夹装置上，通过抱夹装置和主轴底座可以对电主轴左右方向的位置调整，通过改变底座支撑块的厚度可以对电主轴高度方向的位置调整，从而实现电主轴和电磁电力测功机同轴度的调整，抱夹装置通过螺栓和T形螺母固定在主轴底座上，主轴底座通过螺栓和T形螺母固定在地平铁上。
所述的连接轴单元是由左密封挡板、外六角螺钉、左骨架密封圈、左端盖、内六角螺钉、轴承座、分油盘、套筒、轴承、内六角螺钉、O型密封圈、右轴承端盖、右密封挡板、右骨架密封圈、外六角螺钉、锁紧螺母、液压气动用球涨式堵头和加载棒组成，其中，所述的两个轴承安装在加载棒上，左侧轴承的内圈与加载棒的轴肩侧面相接触，两个轴承之间安装分油盘和套筒，两个轴承和分油盘、套筒的轴线重合，其中所述分油盘是横截面为梯形的回转体，套筒是横截面为矩形的回转体，所述的锁紧螺母是矩形截面的回转体，其通过螺纹与加载棒连接，锁紧螺母的左端面与右侧的轴承内环右端面接触，所述的轴承座是回转体，其与轴承的外环间隙配合，并且通过其内孔左端的轴肩与右侧的轴承的外环接触实现其轴向位置定位，所述的左端盖是横截面为T型的回转体，左端盖的左侧内部有矩形环槽，用于安装左骨架密封圈，左端盖和左骨架密封圈两者按照间隙配合进行安装；左端盖的右端面有矩形环槽，用以安装O型密封圈；左端盖通过其右端凸起回转面与轴承座间隙配合，同时通过内六角螺钉与轴承座紧固，所述的左密封挡板为矩形截面的回转体，其通过外六角螺钉与左端盖紧固，所述的右轴承端盖是横截面为十字形的回转体，其左端凸起圆环的外侧与轴承座间隙配合，其通过内六角螺钉与轴承座紧固，右轴承端盖左端面矩形环槽用于安装O型密封圈，右轴承端盖内孔右端环槽用于安装右骨架密封圈，所述右密封挡板为长方体，其通过外六角螺钉与右轴承端盖紧固；右密封挡板中间有圆孔，用于安装加载棒。
所述的径向力电磁加载装置的原理是电磁铁同性相互排斥，利用这个排斥力对高速电主轴加载。通过控制两个电磁铁的间距和励磁线圈的电流大小从而控制输出磁力的大小，本发明对输出磁力有三种控制方式，其一，保证两个电磁铁的间距不变，让输出磁力值随着励磁线圈的电流大小改变；其二，保证励磁线圈的电流大小恒定，让输出磁力值随着两个电磁铁的间距大小改变；其三，协同控制两个电磁铁的间距和励磁线圈的电流，实现对输出磁力值的控制。
所述的径向力电磁加载装置的后支撑板通过内六角螺钉和径向电磁力装置底座连接，可以实现叠堆型压电陶瓷前后方向上的位置调整，自锁滑块支撑座通过螺钉与后支撑板连接，可以实现叠堆型压电陶瓷高度方向上的位置调整，自锁调整螺母板通过螺钉与后支撑板固连，自锁滑块和调整滑块倾斜角为°实现自锁，通过调节自锁调整螺栓可以实现两个电磁铁芯间距的调整，励磁线圈位于电磁铁芯中，上支撑板通过螺钉与第一侧立板和第二侧立板固连，下支撑板通过螺钉与两个侧立板连接，可以实现上支撑板和下支撑板相对位置的调整，两个直线导轨条通过螺钉分别于上下两个支撑板固连，四个直线导轨滑块通过螺钉分别于两个电磁铁芯固连在一起，隔磁铝块和电磁铁芯通过螺钉连接，压力传感器和叠堆型压电陶瓷与隔磁铝块均通过连接螺钉连接，位移传感器夹具支架和位移传感器铁芯支架均通过螺钉与隔磁铝块固连，位移传感器夹具通过螺钉与位移传感器夹具支架连接，加载杆与压力传感器之间为螺纹连接，第一侧立板和第二侧立板通过螺钉与径向电磁力装置底座连接，可以实现本发明高度方向上的调整，左隔磁板和右隔磁板通过螺钉与第一侧立板和第二侧立板固连。
所述的径向力电磁加载装置采用直线导轨避免了零件之间接触的磨损，减少了摩擦力；本发明利用高精度位移传感器实现对两铁芯间距实时反馈，利用压力传感器对加载的电磁力实时反馈；本发明在高度方向和水平方向上均可实现位置调节，利用径向电磁力装置底座与地平铁的相对位置可对加载装置轴线方向上的粗略定位，利用自锁调整螺栓可实现两个电磁铁芯之间的精确定位，利用叠堆型压电陶瓷可实现两个电磁铁芯间距的精确控制；本发明的加载杆前端为球形凸面，便于精确确定加载的位置点；本发明的上下支撑板和左右隔磁板均选择隔磁材料加工，用以隔离磁场，减少对环境的影响；本发明对电磁铁采用空气冷却，在侧立板上下位置加工有两个空气冷却的入口，便于充分冷却。
利用摆臂装置解决了轴向力电磁加载装置和电主轴不同轴的难题。摆臂装置的压块与连接轴单元接触部分为圆柱凸面，调节摆臂装置底座与地平铁的相对位置，保证压块的圆柱凸面与右轴承端盖接触线与连接轴单元的共面，摆臂轴与摆臂装置底座通过螺纹连接，通过控制摆臂轴的旋合深度保证压块的水平对称面处于连接轴单元的轴线上，用摆臂轴锁紧螺母锁紧摆臂轴防止松动，摆臂和压块通过螺栓连接，摆臂和带止动环的圆锥滚子轴承配合，带止动环的圆锥滚子轴承上端装推力球轴承，通过摆臂上支座调整螺钉和摆臂上支座调整螺母调整摆臂上支座的位置，利用轴承端盖对带止动环的圆锥滚子轴承和推力球轴承预紧。
所述的扭矩加载部分是由电力测功机、电力测功机基座、S型拉压力传感器、高速膜片联轴器、连接轴单元、螺栓和T形螺母组成，电力测功机通过螺栓固定在电力测功机基座上，电力测功机基座通过螺栓和T形螺母固定在地平铁上，S型拉压力传感器一端固定在电力测功机外壳上，另一端固定在电力测功机基座上，实现加载扭矩大小的实时监测。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、加载精度高。对于主轴轴向和径向上的电磁力，采用高精度的位移传感器对电磁铁芯的间距进行在线监测，利用高精度压力传感器对电磁力进行实时反馈，保证了施加的轴向和径向的电磁力绝对精确，对于电力测功机的扭矩加载采用了S型拉压力传感器对加载的扭矩值进行了实时反馈；
2、加载力值大、加载频率高。由电磁理论可以知道两个电磁铁芯产生的电磁斥力与电磁铁芯和励磁线圈的电流大小正相关，本实验台试验台电磁加载部分正是利用这一理论完成电主轴轴向力和径向力的加载，通过适当控制电磁铁芯的间距和励磁线圈的电流变化即可输出很高力值和频率的电磁力；
3、控制方式多样化。通过控制两个电磁铁的间距和励磁线圈的电流大小从而控制输出磁力的大小，本实验台利用叠堆型压电陶瓷实现两个电磁铁芯间距的精确控制，归纳起来对输出磁力有三种控制方式，其一，保证两个电磁铁的间距不变，让输出磁力值随着励磁线圈的电流大小改变；其二，保证励磁线圈的电流大小恒定，让输出磁力值随着两个电磁铁的间距大小改变；其三，协同控制两个电磁铁的间距和励磁线圈的电流，实现对输出磁力值的控制；
4、工况模拟性强。本发明同时对电主轴加载轴向力、径向力和扭矩，并可协同控制这三个加载力的大小模拟不同大小和不同方向的切削力；
5、制造简单，通用性强。本发明所述的接触式混合加载的电主轴可靠性试验台的各个支撑部分的相对位置均可的调节，不但对加工精度要求不高，还能使接触式混合加载的电主轴可靠性试验台对不同型号的电主轴进行可靠性试验，减少了接触式混合加载的电主轴可靠性试验台的加工成本，增加了接触式混合加载的电主轴可靠性试验台的适用性与灵活性。
附图说明
图1为本发明的立体示意图。
图2为本发明的连接轴单元的剖视图。
图3为图2的A向视图。
图4为图2的B向视图。
图5为本发明的轴向和径向的电磁斥力产生的原理图。
图6为本发明的径向力电磁加载装置的剖视图。
图7为本发明的径向力电磁加载装置的立体示意图。
图8为本发明的径向力电磁加载装置的立体分解示意图。
图9为本发明的摆臂装置的剖视图。
图10为本发明的摆臂装置的立体分解示意图。
图11为本发明的摆臂装置的立体示意图。
图中：1.电力测功机基座；2.S型拉压力传感器；3.电力测功机；4.径向力电磁加载装置；5.高速膜片联轴器；6.连接轴单元；7.摆臂装置；8.抱夹装置；9.轴向力电磁加载装置；10.地平铁；11.电主轴；12.底座支撑块；13.主轴底座；14.左密封挡板；15.外六角螺钉；16.左骨架密封圈；17.左端盖；18.内六角螺钉；19.轴承座；20.分油盘；21.套筒；22.轴承；23.内六角螺钉；24.O型密封圈；25.右轴承端盖；26.右密封挡板；27.右骨架密封圈；28.外六角螺钉；29.锁紧螺母；30.液压气动用球涨式堵头；31.加载棒；32.径向电磁力装置底座；33.内六角螺钉；34.后支撑板；35.自锁滑块支撑座；36.自锁滑块；37.调整滑块；38.自锁调整螺母板；39.自锁调整螺栓；40.叠堆型压电陶瓷；41.左隔磁板；42.位移传感器夹具支架；43.位移传感器夹具；44.第一侧立板；45.位移传感器；46.励磁线圈；47.位移传感器铁芯支架；48.右隔磁板；49.隔磁铝块；51.压力传感器；52.加载杆；53.电磁铁芯；54.直线导轨滑块；55.直线导轨条；56.下支撑板；57.上支撑板；58.第二侧立板；59.压块；60.摆臂；61.摆臂上支座；62.轴承端盖；63.摆臂轴；65.摆臂上支座调整螺钉；66.摆臂上支座调整螺母；67.推力球轴承；68.带止动环的圆锥滚子轴承；69.摆臂轴锁紧螺母；70.摆臂装置底座。
具体实施方式
参阅图1至图11所示，本发明是由电主轴11、电主轴支撑部分、扭矩加载部分、连接轴单元6、径向力电磁加载装置4、轴向力电磁加载装置9和摆臂装置7组成，其中电主轴11、连接轴单元6和电磁电力测功机3三者的轴心线同轴，径向力电磁加载装置4与连接轴单元6的轴心线相互垂直，轴向力电磁加载装置9和连接轴单元6的轴心线相互平行；
所述的电主轴支撑部分是由抱夹装置8、主轴底座13、底座支撑块12、螺栓和T形螺母组成，电主轴11通过螺栓固连在抱夹装置8上，通过抱夹装置8和主轴底座13可以对电主轴11左右方向的位置调整，通过改变底座支撑块12的厚度可以对电主轴11高度方向的位置调整，从而实现电主轴11和电磁电力测功机3同轴度的调整，抱夹装置8通过螺栓和T形螺母固定在主轴底座13上，主轴底座13通过螺栓和T形螺母固定在地平铁10上。
所述的连接轴单元6是由左密封挡板14、外六角螺钉15、左骨架密封圈16、左端盖17、内六角螺钉18、轴承座19、分油盘20、套筒21、轴承22、内六角螺钉23、O型密封圈24、右轴承端盖25、右密封挡板26、右骨架密封圈27、外六角螺钉28、锁紧螺母29、液压气动用球涨式堵头30和加载棒31组成，其中，所述的两个轴承22安装在加载棒31上，左侧轴承22的内圈与加载棒31的轴肩侧面相接触，两个轴承22之间安装分油盘20和套筒21，两个轴承22和分油盘20、套筒21的轴线重合，其中所述分油盘20是横截面为梯形的回转体，套筒21是横截面为矩形的回转体，所述的锁紧螺母29是矩形截面的回转体，其通过螺纹与加载棒31连接，锁紧螺母29的左端面与右侧的轴承22内环右端面接触，所述的轴承座19是回转体，其与轴承22的外环间隙配合，并且通过其内孔左端的轴肩与右侧的轴承22的外环接触实现其轴向位置定位，所述的左端盖17是横截面为T型的回转体，左端盖17的左侧内部有矩形环槽，用于安装左骨架密封圈16，左端盖17和左骨架密封圈16两者按照间隙配合进行安装；左端盖17的右端面有矩形环槽，用以安装O型密封圈24；左端盖17通过其右端凸起回转面与轴承座19间隙配合，同时通过内六角螺钉18与轴承座19紧固，所述的左密封挡板14为矩形截面的回转体，其通过外六角螺钉15与左端盖17紧固，所述的右轴承端盖25是横截面为十字形的回转体，其左端凸起圆环的外侧与轴承座19间隙配合，其通过内六角螺钉23与轴承座19紧固，右轴承端盖25左端面矩形环槽用于安装O型密封圈24，右轴承端盖25内孔右端环槽用于安装右骨架密封圈27，所述右密封挡板26为长方体，其通过外六角螺钉28与右轴承端盖25紧固；右密封挡板26中间有圆孔，用于安装加载棒31。
所述的径向力电磁加载装置4根本原理是电磁铁同性相互排斥，利用这个排斥力对高速电主轴加载。通过控制两个电磁铁的间距和励磁线圈46的电流大小从而控制输出磁力的大小，本发明对输出磁力有三种控制方式，其一，保证两个电磁铁的间距不变，让输出磁力值随着励磁线圈46的电流大小改变；其二，保证励磁线圈46的电流大小恒定，让输出磁力值随着两个电磁铁的间距大小改变；其三，协同控制两个电磁铁的间距和励磁线圈46的电流，实现对输出磁力值的控制。
所述的径向力电磁加载装置4的后支撑板34通过内六角螺钉33和径向电磁力装置底座32连接，可以实现叠堆型压电陶瓷40前后方向上的位置调整，自锁滑块支撑座35通过螺钉与后支撑板34连接，可以实现叠堆型压电陶瓷40高度方向上的位置调整，自锁调整螺母板38通过螺钉与后支撑板34固连，自锁滑块36和调整滑块37倾斜角为5°实现自锁，通过调节自锁调整螺栓39可以实现两个电磁铁芯53间距的调整励磁线圈46位于电磁铁芯53中，上支撑板57通过螺钉与第一侧立板44和第二侧立板58固连，下支撑板56通过螺钉与两个侧立板连接，可以实现上支撑板57和下支撑板56相对位置的调整，两个直线导轨条55通过螺钉分别于上下两个支撑板固连，四个直线导轨滑块54通过螺钉分别于两个电磁铁芯53固连在一起，隔磁铝块49和电磁铁芯53通过螺钉连接，压力传感器51和叠堆型压电陶瓷40与隔磁铝块49均通过连接螺钉50连接，位移传感器夹具支架42和位移传感器铁芯支架47均通过螺钉与隔磁铝块固连，位移传感器夹具43通过螺钉与位移传感器夹具支架连接，加载杆52与压力传感器之间为螺纹连接，第一侧立板44和第二侧立板58通过螺钉与径向电磁力装置底座32连接，可以实现本发明高度方向上的调整，左隔磁板41和右隔磁板48通过螺钉与第一侧立板44和第二侧立板58固连。
所述的径向力电磁加载装置4采用直线导轨避免了零件之间接触的磨损，减少了摩擦力；本发明利用高精度位移传感器实现对两铁芯间距实时反馈，利用压力传感器对加载的电磁力实时反馈；本发明在高度方向和水平方向上均可实现位置调节，利用径向电磁力装置底座32与地平铁10的相对位置可对加载装置轴线方向上的粗略定位，利用自锁调整螺栓39可实现两个电磁铁芯53之间的精确定位，利用叠堆型压电陶瓷40可实现两个电磁铁芯间距的精确控制；本发明的加载杆52前端为球形凸面，便于精确确定加载的位置点；本发明的上下支撑板和左右隔磁板均选择隔磁材料加工，用以隔离磁场，减少对环境的影响；本发明对电磁铁采用空气冷却，在侧立板上下位置加工有两个空气冷却的入口，便于充分冷却。
利用摆臂装置7解决了轴向力电磁加载装置9和电主轴11不同轴的难题。摆臂装置7的压块59与连接轴单元6接触部分为圆柱凸面，调节摆臂装置底座70与地平铁的相对位置，保证压块59的圆柱凸面与右轴承端盖25接触线与连接轴单元6的共面，摆臂轴63与摆臂装置底座70通过螺纹连接，通过控制摆臂轴63的旋合深度保证压块59的水平对称面处于连接轴单元6的轴线上，用摆臂轴锁紧螺母69锁紧摆臂轴63防止松动，摆臂60和压块59通过螺栓连接，摆臂60和带止动环的圆锥滚子轴承68配合，带止动环的圆锥滚子轴承68上端装推力球轴承67，通过摆臂上支座调整螺钉65和摆臂上支座调整螺母66调整摆臂上支座61的位置，利用轴承端盖62对带止动环的圆锥滚子轴承68和推力球轴承67预紧。
所述的扭矩加载部分是由电力测功机3、电力测功机基座1、S型拉压力传感器2、高速膜片联轴器5、连接轴单元6、螺栓和T形螺母组成，电力测功机3通过螺栓固定在电力测功机基座1上，电力测功机基座1通过螺栓和T形螺母固定在地平铁10上，S型拉压力传感器2一端固定在电力测功机3外壳上，另一端固定在电力测功机基座1上，实现加载扭矩大小的实时监测。
调节电主轴和电力测功机的同轴度并固定电主轴位置的过程：
首先将连接轴单元6刀柄的形式的一端和电主轴11连接，然后通过调节电主轴支撑部分相对位置调节电主轴和电力测功机的同轴度，所述的电主轴支撑部分由抱夹装置8、主轴底座13、底座支撑块12、螺栓和T形螺母组成。电主轴通过螺栓固连在抱夹装置8上，通过抱夹装置8和主轴底座13可以对主轴水平方向的位置调整，通过改变底座支撑块12的厚度可以对主轴高度方向的位置调整，从而实现电主轴11和电力测功机3同轴度的调节，抱夹装置8通过螺栓和T形螺母固定在主轴底座13上，主轴底座13通过螺栓和T形螺母固定在地平铁10上，最后将连接轴单元6的另一端通过高速膜片联轴器5和电力测功机3连接，实现扭矩的传递。
装配径向力电磁加载装置和轴向力电磁加载装置的过程：
所述的径向力电磁加载装置4装配过程如下：将后支撑板34通过内六角螺钉33和径向电磁力装置底座32连接，自锁滑块支撑座35通过螺钉与后支撑板34连接，并可以对自锁滑块36高度方向上的位置调整，自锁调整螺母板38通过螺钉与后支撑板固连，将自锁调整螺栓39拧入自锁调整螺母板，接着把调整滑块37装在自锁调整螺栓的阶梯部分，将叠堆型压电陶瓷40通过螺纹和自锁滑块36连接在一起，并将二者装配到径向电磁力装置底座上，自锁滑块和调整滑块倾斜角加工成5度实现自锁。四个直线导轨滑块54通过螺钉分别于两个电磁铁芯53固连在一起，将位移传感器夹具支架42和位移传感器铁芯支架47均通过螺钉与隔磁铝块49固连，压力传感器51和叠堆型压电陶瓷40与隔磁铝块均通过螺纹连接，加载杆52与压力传感器之间为螺纹连接，将隔磁铝块和电磁铁芯53通过螺钉连接，并保证位移传感器夹具支架和位移传感器铁芯支架与直线导轨滑块成90度。两个直线导轨条55通过螺钉分别于上下两个支撑板固连，上支撑板57通过螺钉与第一侧立板44和第二侧立板58固连，下支撑板56通过螺钉与两个侧立板连接，通过调整下支撑板螺钉的位置调节两个直线导轨条的相对位置，将两个电磁铁芯通过两个直线导轨装配在上、下支撑板之间，左隔磁板41和右隔磁板48通过螺钉与第一侧立板和第二侧立板固连，第一侧立板和第二侧立板通过螺钉与径向电磁力装置底座连接，调整后支撑板前后方向上和自锁滑块支撑座高度方向上的位置，使叠堆型压电陶瓷与左隔磁铝块同轴，接着将二者通过螺纹连接在一起，位移传感器夹具43通过螺钉与位移传感器夹具支架连接，装配位移传感器45，将空冷装置供气管与第二侧立板的空冷孔接头连接。由于本实验台的轴向力电磁加载装置9和径向力电磁加载装置的结构除了二者与地平铁底座连接处有差别外，其余部分完全相同，因此轴向力电磁加载装置的装配按照上诉步骤即可。
最后将整个径向力电磁加载装置装到地平铁上10，通过调节径向电磁力装置底座与两个侧立板的上下位置保证径向力电磁加载装置与连接轴单元的轴心线高度相同；调整底座在地平铁上的位置使加载杆的凸形球面与连接轴单元的轴承座外表面的凹形球面接触，并保证径向力电磁加载装置与连接轴单元的轴心线相互垂直，通过螺栓和T形螺母将其固定在地平铁上，通过调节自锁调整螺栓可以实现两个电磁铁芯间距的调整。
摆臂装配过程：
将带止动环的圆锥滚子轴承68和推力球轴承67依次装在摆臂轴63上，然后将摆臂60和带止动环的圆锥滚子轴承配合，摆臂轴与摆臂装置底70座通过螺纹连接，通过控制摆臂轴的旋合深度保证压块的水平对称面处于连接轴单元的轴线上，用摆臂轴锁紧螺母69锁紧摆臂轴防止松动，通过摆臂上支座调整螺钉65和摆臂上支座调整螺母66调整摆臂上支座61的位置，利用轴承端盖62对两个轴承预紧，摆臂和压块59通过螺栓连接，压块与连接轴单元6接触部分为圆柱凸面，调节摆臂装置底座70与地平铁的相对位置，保证压块的圆柱凸面与右轴承端盖25接触线与连接轴单元的共面，通过螺栓和T形螺母将摆臂装置底座固定在地平铁10上。
最后将整个轴向力电磁加载装置装到地平铁上，通过调节径向电磁力装置底座与两个侧立板的上下位置保证轴向力电磁加载装置与连接轴单元的轴心线高度相同；调整底座在地平铁上的位置使加载杆的凸形球面与摆臂表面的凹形球面接触，并保证轴向力电磁加载装置与连接轴单元的轴心线相互平行，通过螺栓和T形螺母将其固定在地平铁10上。
控制过程：
本发明对电主轴加载的轴向力、径向力和扭矩是协同控制，通过控制这三个加载力的大小模拟不同大小和不同方向的切削力，对于电力测功机的扭矩加载采用了S型拉压力传感器对加载的扭矩值进行了实时反馈，利用高精度压力传感器对两个方向的电磁力进行实时反馈，保证了施加的力绝对精确，用高精度的位移传感器对电磁铁芯的间距进行在线监测，利用叠堆型压电陶瓷实现两个电磁铁芯间距的精确控制。
通过控制两个电磁铁的间距和励磁线圈46的电流大小从而控制输出磁力的大小，轴向和径向电磁加载装置对输出磁力有三种控制方式，其一，保证两个电磁铁的间距不变，让输出磁力值随着励磁线圈46的电流大小改变；其二，保证励磁线圈46的电流大小恒定，让输出磁力值随着两个电磁铁的间距大小改变；其三，协同控制两个电磁铁的间距和励磁线圈46的电流，实现对输出磁力值的控制。
Claims (6)
1.一种接触式混合加载的电主轴可靠性试验台，其特征在于：是由电主轴(11)、电主轴支撑部分、扭矩加载部分、连接轴单元(6)、径向力电磁加载装置(4)、轴向力电磁加载装置(9)和摆臂装置(7)组成，其中电主轴(11)、连接轴单元(6)和电磁电力测功机(3)三者的轴心线同轴，径向力电磁加载装置(4)与连接轴单元(6)的轴心线相互垂直，轴向力电磁加载装置(9)和连接轴单元(6)的轴心线相互平行。
2.根据权利要求1所述的一种接触式混合加载的电主轴可靠性试验台,其特征在于：所述的电主轴支撑部分是由抱夹装置(8)、主轴底座(13)、底座支撑块(12)、螺栓和T形螺母组成，电主轴(11)通过螺栓固连在抱夹装置(8)上，通过抱夹装置(8)和主轴底座(13)可以对电主轴(11)左右方向的位置调整，通过改变底座支撑块(12)的厚度可以对电主轴(11)高度方向的位置调整，从而实现电主轴(11)和电磁电力测功机(3)同轴度的调整，抱夹装置(8)通过螺栓和T形螺母固定在主轴底座(13)上，主轴底座(13)通过螺栓和T形螺母固定在地平铁(10)上。
3.根据权利要求1所述的一种接触式混合加载的电主轴可靠性试验台，其特征在于：所述的连接轴单元(6)是由左密封挡板(14)、外六角螺钉(15)、左骨架密封圈(16)、左端盖(17)、内六角螺钉(18)、轴承座(19)、分油盘(20)、套筒(21)、轴承(22)、内六角螺钉(23)、O型密封圈(24)、右轴承端盖(25)、右密封挡板(26)、右骨架密封圈(27)、外六角螺钉(28)、锁紧螺母(29)、液压气动用球涨式堵头(30)和加载棒(31)组成，其中，所述的两个轴承(22)安装在加载棒(31)上，左侧轴承(22)的内圈与加载棒(31)的轴肩侧面相接触，两个轴承(22)之间安装分油盘(20)和套筒(21)，两个轴承(22)和分油盘(20)、套筒(21)的轴线重合，其中所述分油盘(20)是横截面为梯形的回转体，套筒(21)是横截面为矩形的回转体，所述的锁紧螺母(29)是矩形截面的回转体，其通过螺纹与加载棒(31)连接，锁紧螺母(29)的左端面与右侧的轴承(22)内环右端面接触，所述的轴承座(19)是回转体，其与轴承(22)的外环间隙配合，并且通过其内孔左端的轴肩与右侧的轴承(22)的外环接触实现其轴向位置定位，所述的左端盖(17)是横截面为T型的回转体，左端盖(17)的左侧内部有矩形环槽，用于安装左骨架密封圈(16)，左端盖(17)和左骨架密封圈(16)两者按照间隙配合进行安装；左端盖(17)的右端面有矩形环槽，用以安装O型密封圈(24)；左端盖(17)通过其右端凸起回转面与轴承座(19)间隙配合，同时通过内六角螺钉(18)与轴承座(19)紧固，所述的左密封挡板(14)为矩形截面的回转体，其通过外六角螺钉(15)与左端盖(17)紧固，所述的右轴承端盖(25)是横截面为十字形的回转体，其左端凸起圆环的外侧与轴承座(19)间隙配合，其通过内六角螺钉(23)与轴承座(19)紧固，右轴承端盖(25)左端面矩形环槽用于安装O型密封圈(24)，右轴承端盖(25)内孔右端环槽用于安装右骨架密封圈(27)，所述右密封挡板(26)为长方体，其通过外六角螺钉(28)与右轴承端盖(25)紧固；右密封挡板(26)中间有圆孔，用于安装加载棒(31)。
4.根据权利要求1所述的一种接触式混合加载的电主轴可靠性试验台，其特征在于：所述径向力电磁加载装置(4)的后支撑板(34)通过内六角螺钉(33)和径向电磁力装置底座(32)连接，可以实现叠堆型压电陶瓷(40)前后方向上的位置调整，自锁滑块支撑座(35)通过螺钉与后支撑板(34)连接，可以实现叠堆型压电陶瓷(40)高度方向上的位置调整，自锁调整螺母板(38)通过螺钉与后支撑板(34)固连，自锁滑块(36)和调整滑块(37)倾斜角为5°实现自锁，通过调节自锁调整螺栓(39)可以实现两个电磁铁芯(53)间距的调整励磁线圈(46)位于电磁铁芯(53)中，上支撑板(57)通过螺钉与第一侧立板(44)和第二侧立板(58)固连，下支撑板(56)通过螺钉与两个侧立板连接，可以实现上支撑板(57)和下支撑板(56)相对位置的调整，两个直线导轨条(55)通过螺钉分别于上下两个支撑板固连，四个直线导轨滑块(54)通过螺钉分别于两个电磁铁芯(53)固连在一起，隔磁铝块(49)和电磁铁芯(53)通过螺钉连接，压力传感器(51)和叠堆型压电陶瓷(40)与隔磁铝块(49)均通过连接螺钉(50)连接，位移传感器夹具支架(42)和位移传感器铁芯支架(47)均通过螺钉与隔磁铝块固连，位移传感器夹具(43)通过螺钉与位移传感器夹具支架连接，加载杆(52)与压力传感器之间为螺纹连接，第一侧立板(44)和第二侧立板(58)通过螺钉与径向电磁力装置底座(32)连接，可以实现高度方向上的调整，左隔磁板(41)和右隔磁板(48)通过螺钉与第一侧立板(44)和第二侧立板(58)固连。
5.根据权利要求1所述的一种接触式混合加载的电主轴可靠性试验台，其特征在于：所述摆臂装置(7)的压块(59)与连接轴单元(6)接触部分为圆柱凸面，调节摆臂装置底座(70)与地平铁的相对位置，保证压块(59)的圆柱凸面与右轴承端盖(25)接触线与连接轴单元(6)的共面，摆臂轴(63)与摆臂装置底座(70)通过螺纹连接，通过控制摆臂轴(63)的旋合深度保证压块(59)的水平对称面处于连接轴单元(6)的轴线上，用摆臂轴锁紧螺母(69)锁紧摆臂轴(63)防止松动，摆臂(60)和压块(59)通过螺栓连接，摆臂(60)和带止动环的圆锥滚子轴承(68)配合，带止动环的圆锥滚子轴承(68)上端装推力球轴承(67)，通过摆臂上支座调整螺钉(65)和摆臂上支座调整螺母(66)调整摆臂上支座(61)的位置，利用轴承端盖(62)对带止动环的圆锥滚子轴承(68)和推力球轴承(67)预紧。
6.根据权利要求1所述的一种接触式混合加载的电主轴可靠性试验台，其特征在于：所述的扭矩加载部分是由电力测功机(3)、电力测功机基座(1)、S型拉压力传感器(2)、高速膜片联轴器(5)、连接轴单元(6)、螺栓和T形螺母组成，电力测功机(3)通过螺栓固定在电力测功机基座(1)上，电力测功机基座(1)通过螺栓和T形螺母固定在地平铁(10)上，S型拉压力传感器(2)一端固定在电力测功机(3)外壳上，另一端固定在电力测功机基座(1)上，实现加载扭矩大小的实时监测。
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