CN104296983A - 一种能模拟工况条件的精密主轴试车装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能模拟工况条件的精密主轴试车装置，通过控制器或各分控制单元设定或监测润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、试车主轴的转速和极限转矩、气源装置输出气体的压力、试车主轴的环境温度、试车主轴试车的时间，及时反馈各参数值，模拟了工况条件下的主轴的试车；并在控制器或分控制单元的监测值超过其阀值或与设定值不符时，试车装置具有报警并自动停车的功能。本发明实现了多因素的实时监测，建立了一种能模拟工况条件的精密主轴试车装置，从而保证精密主轴的各项性能在工况下达到最佳。

Description

一种能模拟工况条件的精密主轴试车装置

技术领域

本发明涉及机床主轴性能测试领域，特别是涉及一种能模拟工况条件的精密主轴试车装置。

背景技术

主轴是机床的核心功能部件，其性能直接影响到机床整机的性能。随着科学技术的发展，主轴已经形成了系列化、标准化的机床功能部件。高转速、高精度、高转矩、高稳定性是精密机床主轴的基本特征。主轴轴承的油气润滑技术、精密加工与精密装配工艺、可靠性测试与寿命预估技术、主轴回转精度测试与误差分离技术、动刚度在线测量技术等反应了当今高端主轴的前沿技术。国内在精密主轴的基础技术层面存在诸多问题，如精密主轴试车装置的不到位，导致技术人员对主轴的装配质量难以作出科学的评价，影响了精密主轴产品综合性能的提升。精密主轴的试车是指装配完毕的主轴在空载状态下以设定的转速工作一段时间并实时监测主轴的温升和转矩是否超过其阀值，以确保主轴的各项性能在工况下达到最佳。合理的试车装置要考虑到主轴的驱动方式、润滑方式、冷却方式、密封等。现有的精密主轴试车装置只考虑了上述的一个或者几个因素，不能完全模拟工况条件对主轴进行试车。因此亟待建立一种能模拟工况条件的精密主轴试车装置，从而保证精密主轴的各项性能在工况下达到最佳。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种能模拟工况条件的精密主轴试车装置。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种能模拟工况条件的精密主轴试车装置，包括两组润滑循环干路、两组冷却循环干路、两组速度-转矩驱动装置、气密封装置、恒温调节装置、温度采集装置和控制系统；所述两组润滑循环干路输出不同形式的润滑液，所述两组冷却循环干路输出不同比热和黏度的冷却液，所述两组速度-转矩驱动装置包括变频驱动装置和伺服驱动装置，所述变频驱动装置用于为电主轴试车提供动力，其采用速度-转矩控制模式控制电主轴试车时的转速和转矩，所述伺服驱动装置用于为机械主轴试车提供动力，其采用速度-转矩控制模式控制机械主轴试车时的转速和转矩，所述变频驱动装置包括一台变频器和变频器分控制单元，所述变频器分控制单元用于设定和监测试车电主轴的转速和极限转矩，所述伺服驱动装置包括一台伺服电机和伺服电机分控制单元，所述伺服电机分控制单元用于设定和监测试车机械主轴的转速和极限转矩，所述气密封装置包括一台气源装置和气源装置分控制单元，所述气源装置分控制单元用于设定和监测气源装置输出气体的压力，所述恒温调节装置包括一台温度调节装置和温度调节装置分控制单元，所述温度调节装置分控制单元用于设定和监测试车主轴的环境温度，所述温度采集装置包括10组温度传感器，所述温度传感器用于测试试车主轴前后轴承安装部位的温度，所述控制系统包括控制器和通信单元，所述控制器可对每组分控制单元进行控制，所述通信单元采用RS-485协议与每组所述分控制单元进行通讯。

优选的，所述的两组润滑循环干路，其中一组润滑循环干路为油气润滑循环干路，包括一台油气润滑循环机和一组油气润滑分控制单元，所述油气润滑循环机的流量及油液和气体的混合比由油气润滑分控制单元设定或通过控制器设定；另一组为油雾润滑循环干路，包括一台油雾润滑循环机和一组油雾润滑分控制单元，所述油雾润滑循环机的流量及油液和气体的混合比可由油雾润滑分控制单元设定或通过控制器设定，所述两组润滑循环干路同时最多只有一组润滑循环干路工作，通过润滑循环转换器或控制器设定两组润滑循环干路的工作状态，所述润滑循环转换器可通过通信单元与控制器进行通讯。

优选的，所述两组冷却循环干路，其中一组冷却循环干路为水冷却循环干路，包括一台水冷却循环机和一组水冷却循环机分控制单元，所述水冷却循环机的流量及温度由水冷却循环机分控制单元设定或通过控制器设定；另一组为油冷却循环干路，包括一台油冷却循环机和一组油冷却循环机分控制单元，所述油冷却循环机的流量及温度由油冷却分控制单元设定或通过控制器设定，所述两组冷却循环干路同时最多只有一组冷却循环干路工作，通过冷却循环转换器或控制器设定两组冷却循环干路的工作状态，所述冷却循环转换器可通过通信单元与控制器进行通讯。

优选的，所述变频驱动装置和伺服驱动装置只有其中一组驱动装置工作，通过驱动装置转换器或控制器设定驱动装置工作状态，所述驱动装置转换器可通过通信单元与控制器进行通讯。

优选的，所述控制器通过所述通讯单元控制所述各分控制单元和所述各转换器，其中包括设定润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、试车主轴的转速和极限转矩、气源装置输出气体的压力、试车主轴的环境温度、试车主轴的试车时间、是否需要润滑及润滑类型、是否需要冷却及冷却类型、试车主轴的驱动方式。

优选的，所述控制器通过所述通讯单元监测润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、所述试车主轴的转速和转矩、气源装置输出气体的压力、试车主轴环境温度、温度采集装置采集的温度、试车主轴已试车时间。

一种能模拟工况条件的精密主轴试车装置的使用方法，包括以下步骤：

1)根据主轴的类型通过控制系统或各分控制单元设定试车主轴的环境温度、驱动方式、润滑方式、冷却方式、密封方式；

2)通过控制系统或各分控制单元设定润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、试车主轴的转速和极限转矩、气源装置输出气体的压力、试车主轴的环境温度、试车主轴试车的时间；

3)根据实际情况将温度传感器放置于试车主轴轴承安装部位；

4)试车过程中可以实时监测试车主轴的润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、试车主轴的转速和转矩、气源装置输出气体的压力、试车主轴环境温度、温度采集装置采集的温度、试车主轴已试车时间。

本发明具有的优点和积极效果是：通过控制器或各分控制单元设定或监测润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、试车主轴的转速和极限转矩、气源装置输出气体的压力、试车主轴的环境温度、试车主轴试车的时间，及时反馈各参数值，模拟了工况条件下的主轴的试车；并在控制器或分控制单元的监测值超过其阀值或与设定值不符时，试车装置具有报警并自动停车的功能。本发明实现了多因素的实时监测，建立了一种能模拟工况条件的精密主轴试车装置，从而保证精密主轴的各项性能在工况下达到最佳。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为电主轴试车的示意图。

图3为机械主轴试车的示意图。

图中：1、油气润滑分控制单元；2、油雾润滑分控制单元；3、油雾润滑循环机；4、变频器；5、变频器分控制单元；6、气源装置分控制单元；7、气源装置；8、温度调节装置；9、温度调节装置分控制单元；10、控制器；11、控制系统；12、通讯单元；13、油冷却循环机分控制单元；14、水冷却循环机分控制单元；15、油冷却循环机；16、水冷却循环机；17、温度采集装置；18、试车主轴；19、油气润滑循环机；20、伺服电机；21、伺服电机分控制单元；22、润滑循环转换器；23、驱动装置转换器；24、冷却循环转换器。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参阅图1至3，一种能模拟工况条件的精密主轴试车装置，包括两组润滑循环干路、两组冷却循环干路、两组速度-转矩驱动装置、气密封装置、恒温调节装置、温度采集装置、控制系统，所述两组润滑循环干路输出不同形式的润滑液，每组所述润滑循环干路包括一台润滑循环机和润滑循环机分控制单元，所述润滑循环机设有润滑液输出流量检测装置和混合比检测装置，所述润滑循环机分控制单元用于设定和监测润滑液输出的流量和混合比，所述两组冷却循环干路输出不同比热和黏度的冷却液，每组所述冷却循环干路包括一台冷却循环机和冷却循环机分控制单元，所述冷却循环机设有冷却液输出温度检测装置和流量检测装置，所述冷却循环机分控制单元用于设定和监测冷却液的出口温度和流量，所述两组速度-转矩驱动装置包括变频驱动装置和伺服驱动装置，所述变频驱动装置用于为电主轴试车提供动力，其采用速度-转矩控制模式控制电主轴试车时的转速和转矩，所述变频驱动装置包括一台变频器4和变频器分控制单元5，所述变频器分控制单元5用于设定和监测试车电主轴的转速和极限转矩，所述伺服驱动装置用于为机械主轴试车提供动力，其采用速度-转矩控制模式控制机械主轴试车时的转速和转矩，所述伺服驱动装置包括一台伺服电机20和伺服电机分控制单元21，所述伺服电机分控制单元21用于设定和监测试车机械主轴的转速和极限转矩，所述气密封装置包括一台气源装置7和气源装置分控制单元6，所述气源装置7设有压力检测装置，所述气源装置分控制单元6用于设定和监测气源装置7输出气体的压力，所述恒温调节装置包括一台温度调节装置8和温度调节装置分控制单元9，所述温度调节装置分控制单元9用于设定和监测试车主轴的环境温度，所述温度采集装置17包括10组温度传感器，所述温度传感器用于测试试车主轴前后轴承安装部位的温度，所述控制系统11包括控制器10和通信单元12，所述控制器10可对每组分控制单元进行控制，所述通信单元12采用RS-485协议与每组所述分控制单元进行通讯。

更进一步的，所述两组润滑循环干路，其中一组润滑循环干路为油气润滑循环干路，包括一台油气润滑循环机19和一组油气润滑分控制单元1，所述油气润滑循环机19的流量及油液和气体的混合比由油气润滑分控制单元1设定或通过控制器10设定，另一组为油雾润滑循环干路，包括一台油雾润滑循环机3和一组油雾润滑分控制单元2，所述油雾润滑循环机3的流量及油液和气体的混合比可由油雾润滑分控制单元2设定或通过控制器10设定，所述两组润滑循环干路同时最多只有一组润滑循环干路工作，通过润滑循环转换器22或控制器10设定两组润滑循环干路是否工作或者哪一组润滑循环干路工作，所述润滑循环转换器22可通过通信单元12与控制器10进行通讯。

更进一步的，所述两组冷却循环干路，其中一组冷却循环干路为水冷却循环干路，包括一台水冷却循环机16和一组水冷却循环机分控制单元14，所述水冷却循环机16的流量及温度由水冷却循环机分控制单元14设定或通过控制器10设定，另一组为油冷却循环干路，包括一台油冷却循环机15和一组油冷却循环机分控制单元13，所述油冷却循环机15的流量及温度由油冷却分控制单元13设定或通过控制器10设定，所述两组冷却循环干路同时最多只有一组冷却循环干路工作，通过冷却循环转换器24或控制器10设定两组冷却循环干路是否工作或者哪一组冷却循环干路工作，所述冷却循环转换器24可通过通信单元12与控制器10进行通讯。

更进一步的，变频驱动装置和伺服驱动装置同时只有其中一组驱动装置工作，另一驱动装置处于停止状态，通过驱动装置转换器23或控制器10设定哪一组驱动装置工作，所述驱动装置转换器23可通过通信单元12与控制器10进行通讯。

更进一步的，所述控制器10通过所述通讯单元12控制所述各分控制单元和所述各转换器，其中包括设定润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、试车主轴的转速和极限转矩、气源装置7输出气体的压力、试车主轴的环境温度、试车主轴的试车时间、是否需要润滑及润滑类型、是否需要冷却及冷却类型、试车主轴的驱动方式。

更进一步的，所述控制器10通过所述通讯单元12监测润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、所述试车主轴18的转速和转矩、气源装置7输出气体的压力、试车主轴环境温度、温度采集装置17采集的温度、试车主轴18已试车时间。

所述控制器或分控制单元的监测值超过其阀值或与设定值不符时，试车装置具有报警并自动停车的功能。

本发明为实现精密主轴的试车可包括以下步骤：

1)根据主轴的类型通过控制系统或各分控制单元设定试车主轴的环境温度、驱动方式、润滑方式、冷却方式、密封方式。

2)通过控制系统或各分控制单元设定润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、试车主轴的转速和极限转矩、气源装置输出气体的压力、试车主轴的环境温度、试车主轴试车的时间。

3)根据实际情况将温度传感器放置于试车主轴轴承安装部位。

4)试车过程中可以实时监测试车主轴的润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、试车主轴的转速和转矩、气源装置输出气体的压力、试车主轴环境温度、温度采集装置采集的温度、试车主轴已试车时间。

通过控制器或各分控制单元设定或监测润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、试车主轴的转速和极限转矩、气源装置输出气体的压力、试车主轴的环境温度、试车主轴试车的时间，及时反馈各参数值，模拟了工况条件下的主轴的试车；并在控制器或分控制单元的监测值超过其阀值或与设定值不符时，试车装置具有报警并自动停车的功能。本发明实现了多因素的实时监测，建立了一种能模拟工况条件的精密主轴试车装置，从而保证精密主轴的各项性能在工况下达到最佳。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种能模拟工况条件的精密主轴试车装置，其特征在于，包括两组润滑循环干路、两组冷却循环干路、两组速度-转矩驱动装置、气密封装置、恒温调节装置、温度采集装置和控制系统；所述两组润滑循环干路输出不同形式的润滑液，所述两组冷却循环干路输出不同比热和黏度的冷却液，所述两组速度-转矩驱动装置包括变频驱动装置和伺服驱动装置，所述变频驱动装置用于为电主轴试车提供动力，其采用速度-转矩控制模式控制电主轴试车时的转速和转矩，所述伺服驱动装置用于为机械主轴试车提供动力，其采用速度-转矩控制模式控制机械主轴试车时的转速和转矩，所述变频驱动装置包括一台变频器和变频器分控制单元，所述变频器分控制单元用于设定和监测试车电主轴的转速和极限转矩，所述伺服驱动装置包括一台伺服电机和伺服电机分控制单元，所述伺服电机分控制单元用于设定和监测试车机械主轴的转速和极限转矩，所述气密封装置包括一台气源装置和气源装置分控制单元，所述气源装置分控制单元用于设定和监测气源装置输出气体的压力，所述恒温调节装置包括一台温度调节装置和温度调节装置分控制单元，所述温度调节装置分控制单元用于设定和监测试车主轴的环境温度，所述温度采集装置包括10组温度传感器，所述温度传感器用于测试试车主轴前后轴承安装部位的温度，所述控制系统包括控制器和通信单元，所述控制器可对每组分控制单元进行控制，所述通信单元采用RS-485协议与每组所述分控制单元进行通讯。

2.根据权利要求1所述的能模拟工况条件的精密主轴试车装置，其特征在于，所述的两组润滑循环干路，其中一组润滑循环干路为油气润滑循环干路，包括一台油气润滑循环机和一组油气润滑分控制单元，所述油气润滑循环机的流量及油液和气体的混合比由油气润滑分控制单元设定或通过控制器设定；另一组为油雾润滑循环干路，包括一台油雾润滑循环机和一组油雾润滑分控制单元，所述油雾润滑循环机的流量及油液和气体的混合比可由油雾润滑分控制单元设定或通过控制器设定，所述两组润滑循环干路同时最多只有一组润滑循环干路工作，通过润滑循环转换器或控制器设定两组润滑循环干路的工作状态，所述润滑循环转换器可通过通信单元与控制器进行通讯。

3.根据权利要求1所述的能模拟工况条件的精密主轴试车装置，其特征在于，所述两组冷却循环干路，其中一组冷却循环干路为水冷却循环干路，包括一台水冷却循环机和一组水冷却循环机分控制单元，所述水冷却循环机的流量及温度由水冷却循环机分控制单元设定或通过控制器设定；另一组为油冷却循环干路，包括一台油冷却循环机和一组油冷却循环机分控制单元，所述油冷却循环机的流量及温度由油冷却分控制单元设定或通过控制器设定，所述两组冷却循环干路同时最多只有一组冷却循环干路工作，通过冷却循环转换器或控制器设定两组冷却循环干路的工作状态，所述冷却循环转换器可通过通信单元与控制器进行通讯。

4.根据权利要求1所述的能模拟工况条件的精密主轴试车装置，其特征在于，所述变频驱动装置和伺服驱动装置只有其中一组驱动装置工作，通过驱动装置转换器或控制器设定驱动装置工作状态，所述驱动装置转换器可通过通信单元与控制器进行通讯。

5.根据权利要求1所述的能模拟工况条件的精密主轴试车装置，其特征在于，所述控制器通过所述通讯单元控制所述各分控制单元和所述各转换器，其中包括设定润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、试车主轴的转速和极限转矩、气源装置输出气体的压力、试车主轴的环境温度、试车主轴的试车时间、是否需要润滑及润滑类型、是否需要冷却及冷却类型、试车主轴的驱动方式。

6.根据权利要求1或5所述的能模拟工况条件的精密主轴试车装置，其特征在于，所述控制器通过所述通讯单元监测润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、所述试车主轴的转速和转矩、气源装置输出气体的压力、试车主轴环境温度、温度采集装置采集的温度、试车主轴已试车时间。

7.一种能模拟工况条件的精密主轴试车装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)根据主轴的类型通过控制系统或各分控制单元设定试车主轴的环境温度、驱动方式、润滑方式、冷却方式、密封方式；

2)通过控制系统或各分控制单元设定润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、试车主轴的转速和极限转矩、气源装置输出气体的压力、试车主轴的环境温度、试车主轴试车的时间；

3)根据实际情况将温度传感器放置于试车主轴轴承安装部位；

4)试车过程中可以实时监测试车主轴的润滑液的流量和混合比、冷却液出口温度和流量、试车主轴的转速和转矩、气源装置输出气体的压力、试车主轴环境温度、温度采集装置采集的温度、试车主轴已试车时间。