CN105300681B - 一种电主轴温度与热变形试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电主轴温度与热变形试验装置，它包括依次相连的工业PC机(1)，与主轴驱动装置(2)，测试加载装置(3)，电主轴(4)，电主轴(4)上安装有测试棒(5)，冷却水循环装置(6)和油气润滑装置(7)分别与电主轴(4)的两端相连，温度检测装置(8)沿轴向布置在电主轴(4)的轴体一侧，热位移检测装置(10)布置在测试棒(5)的端部和周向。本发明装置结构设计合理、易实现、适应性强，能自动完成电主轴温度与热变形检测，可根据测试试验需要打开或关闭部分装置分别完成空载和负载试验，同时亦可与其它装置如激振器配合使用，完成电主轴其它一些动态特性的测试试验，实用性强，可克服现有技术的诸多不足。
Description
技术领域
本发明涉及一种电主轴温度与热变形试验装置，特别涉及一种对数控机床用高速电主轴在出厂前及维修后进行温度与热变形性能检测的试验装置。
背景技术
高速电主轴是高速加工机床的核心部件之一，也是近年来在数控机床领域出现的将电机与旋转主轴融为一体的高性能主轴，具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点，随着数控加工技术从传统的低转速、低进给、大扭矩切削加工向高转速、高进给切削方向发展，电主轴广泛用作数控机床的高速主轴单元。但电主轴是一个复杂的动态系统，主要包括电主轴、主轴驱动系统、高频变频装置、冷却装置、供气装置、动平衡装置、内置编码器、换刀装置等。
目前，我国电主轴的研究、应用、维修水平和国外尚有较大差距，高转速、高精度电主轴主要还是依赖德国、瑞士等国家进口，由于国外厂家对电主轴核心技术的封锁，对国外电主轴缺乏核心技术资料，以及在使用、维修保养方面的不足，导致电主轴的维修和检测全部依赖主轴厂家，电主轴维修与检测周期长、费用高。
与此同时，由于转速很高，系统的动态特性尤其是热特性成为影响和制约电主轴寿命和工作可靠性的重要因素。且随着我国电主轴的品种及生产厂家逐步扩大，用户对电主轴的性能要求越来越严格，迫切需要生产厂家提供详细可靠的温升和热变形等一系列参数。
发明内容
发明目的：本发明针对当前电主轴产品出厂检测、应用和维修方面的不足，借助红外传感器和测试棒，采用5点测量和评价技术，提出一种实现简单、能自动完成电主轴温度与热变形检测、能分析与评价冷却润滑特性的试验装置。
技术方案：为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种电主轴温度与热变形试验装置，它包括工业PC机，与工业PC机相连的主轴驱动装置，与主轴驱动装置相连接的测试加载装置，与测试加载装置相连的电主轴和安装在电主轴上的测试棒，冷却水循环装置和油气润滑装置分别与电主轴相连，温度检测装置沿轴向布置在电主轴轴体一侧，热位移检测装置布置在测试棒端部和周向；
所述测试棒端部安装有模拟刀具齿轮，模拟刀具齿轮与测试加载装置中的模拟加载齿轮相啮合完成实际工况模拟加载；
所述测试加载装置包括连接器，力/扭矩测试器和模拟加载齿轮，测功机为交流高速测功机，测功机经连接器与模拟加载齿轮相连接，模拟加载齿轮用于模拟实际工况加载切削力和力矩，其大小由力/扭矩测试器检测。
所述电主轴冷却水循环装置包括冷却水循环机和与冷却水循环机相连的多级冷却泵，冷却水循环机通过多级冷却泵与电主轴上的冷却水道入口相连；
所述油气润滑装置包括油-汽润滑系统和空压机，空压机分别与电主轴的气压入口和油-汽润滑系统中油气混合装置的压缩空气进口相连接；
作为优选方案，以上所述的电主轴温度与热变形试验装置，所述的温度检测装置包括五只红外测温仪，第一只红外测温仪布置于电主轴前端，第二只红外测温仪、第三只红外测温仪、第四只红外测温仪和第五只红外测温仪依次呈90°沿电主轴轴向螺旋布置，五只红外测温仪的输出端均与屏蔽接线盒相连，屏蔽接线盒和数据采集卡连接，数据采集卡与工业PC机相连接。
作为优选方案，以上所述的电主轴温度与热变形试验装置，所述的热位移检测装置包括五只电涡流位移传感器，第一只电涡流位移传感器布置于测试棒的端部，第二只电涡流位移传感器和第三只电涡流位移传感器沿测试棒轴向布置，第四只电涡流位移传感器和第五只电涡流位移传感器与第二只电涡流位移传感器和第三只电涡流位移传感器呈90°沿测试棒轴向布置，五只电涡流位移传感器的输出端与电荷放大器相连，电荷放大器与信号调理器相连，信号调理器与数据采集卡相连。
本发明借助安装于测试棒端部的模拟刀具齿轮与模拟加载齿轮相啮合完成加载切削力和力矩，更接近实际切削工况，试验数据更真实。
本发明借助布置在测试棒四周的5个电涡流位移传感器完成电主轴热变形的测量，相对于3点测量更能准确的反应电主轴的热变形；借助呈螺旋形均匀布置在电主轴四周的5个红外传感器完成电主轴温度场的分布测量，所测温度场更逼近真实温度场。
本发明借助调节多级冷却泵的流量可完成对电主轴冷却水流量的调节，借助红外测温仪适时测量的温度场温度和电涡流位移传感器所测量的电主轴适时热变形，完成对电主轴冷却特性的分析与评价，通过将冷却介质水替换为其它冷却介质，亦可完成对不同冷却介质对电主轴冷却特性影响的分析与评价。
本发明借助对油-汽润滑系统供油量和压缩空气压力大小的调节可完成对电主轴油-汽润滑工作状态的调节，同时借助红外测温仪适时测量的温度场温度和电涡流位移传感器所测量的电主轴适时热变形，可完成对电主轴油-汽润滑特性的分析与评价，通过将更换不同品质的油，亦可完成对油-汽润滑润滑油粘度、流量等参数对电主轴油-汽润滑特性影响的分析与评价。
本发明提供的电主轴温度与热变形试验装置工作时，工业PC机先发出测试指令，驱动装置接收测试指令，驱动测功机和电主轴按照指定的状态运转，光电编码器完成电主轴和测功机的速度测量并反馈回驱动装置与测试指令值比较，同时冷却水循环机和多级冷却泵启动冷却工作，空压机工作为油-汽润滑系统和电主轴提供工作压力，油-汽润滑系统启动电主轴润滑工作，红外测温仪完成电主轴温度场温度检测，并将检测数据传送给屏蔽接线盒完成信号过滤，经数据采集卡读取后传送给工业PC机处理，与此同时电涡流位移传感器完成电主轴热位移检测，经电荷放大和信号调理后送往工业PC机进行分析处理。
有益效果：本发明提供的电主轴温度与热变形试验装置，设备结构简单、易实现、适应性强，能自动完成电主轴温度与热变形检测，可根据测试试验需要打开或关闭某些装置分别完成空载和负载试验，同时亦可与其它装置如激振器配合使用，完成电主轴其它一些动态特性的测试试验，实用性强。
附图说明
图1是本发明提供的电主轴温度与热变形试验装置的结构示意图。
图2是发明提供的电主轴温度与热变形试验装置中温度检测装置的结构示意图。
图3是发明提供的电主轴温度与热变形试验装置中热位移检测装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1
如图1至图3所示，一种电主轴温度与热变形试验装置，它包括工业PC机1，与工业PC机1相连的主轴驱动装置2，与主轴驱动装置2相连接的测试加载装置3，与测试加载装置3相连的电主轴4和安装在电主轴4上的测试棒5，冷却水循环装置6和油气润滑装置7分别与电主轴4的两端相连，温度检测装置8沿轴向布置在电主轴4的轴体一侧，热位移检测装置10布置在测试棒5的端部和周向；
所述测试棒5端部安装有模拟刀具齿轮5-1；
所述测试加载装置3包括测功机3-1、连接器3-2、力/扭矩测试器3-3和模拟加载齿轮3-4，测功机3-1采用交流高速测功机，测功机3-1通过连接器3-2与模拟加载齿轮3-4相连接，模拟加载齿轮3-4用于模拟实际工况加载切削力和力矩，其大小由力/扭矩测试器3-3检测；
所述电主轴冷却水循环装置6包括冷却水循环机6-2和与冷却水循环机6-2相连的多级冷却泵6-1，冷却水循环机6-2通过多级冷却泵6-1与电主轴4上的冷却水道入口相连；
所述油气润滑装置7包括油-汽润滑系统7-1和空压机7-2，空压机7-2分别与电主轴4的气压入口和油-汽润滑系统7-1中油气混合装置的压缩空气进口相连接；
所述主轴驱动装置2包括驱动器2-1和光电编码器2-2，驱动器2-1采用高频变频器驱动电主轴4运转，光电编码器2-2用于监测电主轴4转速。
以上所述的电主轴温度与热变形试验装置，所述的温度检测装置8包括五只红外测温仪，第一只红外测温仪8-1-1布置于电主轴4前端，第二只红外测温仪8-1-2、第三只红外测温仪8-1-3、第四只红外测温仪8-1-4和第五只红外测温仪8-1-5依次呈90°沿电主轴4轴向螺旋布置，五只红外测温仪8-1的输出端均与屏蔽接线盒11相连，屏蔽接线盒11和数据采集卡12连接，数据采集卡12与工业PC机1相连接。
以上所述的电主轴温度与热变形试验装置，所述的热位移检测装置10包括五只电涡流位移传感器，第一只电涡流位移传感器10-1-1布置于测试棒5的端部，第二只电涡流位移传感器10-1-2和第三只电涡流位移传感器10-1-3沿测试棒5轴向布置，第四只电涡流位移传感器10-1-4和第五只电涡流位移传感器10-1-5与第二只电涡流位移传感器10-1-2和第三只电涡流位移传感器10-1-3呈90°沿测试棒5轴向布置，五只电涡流位移传感器10-1的输出端与电荷放大器14相连，电荷放大器14与信号调理器15相连，信号调理器15与数据采集卡12相连。
在本实施实例中：在加载测试时，工业PC机1发出测试指令，主轴驱动装置2接收测试指令驱动测功机3-1工作，测功机3-1经模拟加载齿轮3-4与安装与测试棒5的模拟刀具齿轮5-1啮合，实现对主轴的模拟工况加载，从而驱动电主轴4按照指定的状态运转，光电编码器2-2完成电主轴和测功机的速度测量，并反馈回主轴驱动装置2与测试指令值比较，同时冷却水循环机6-2和多级冷却泵6-1启动冷却工作，空压机7-2工作，为油-汽润滑系统7-1和电主轴4提供工作压力，油-汽润滑系统7-1启动电主轴润滑工作，红外测温仪8-1完成电主轴温度场温度检测，并将检测数据传送给屏蔽接线盒,11完成信号过滤，经数据采集卡12读取后传送给工业PC机1处理，与此同时电涡流位移传感器10-1完成电主轴热位移检测，经电荷放大器14和信号调理器15后送往工业PC进行分析处理。
在本实施实例中：在空载测试时，测试前将模拟加载齿轮3-4拆卸掉，同时测试时断开测功机3-1驱动连接，从而可完成空载测试试验。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种电主轴温度与热变形试验装置，其特征在于，它包括工业PC机(1)，与工业PC机(1)相连的主轴驱动装置(2)，与主轴驱动装置(2)相连接的测试加载装置(3)，与测试加载装置(3)相连的电主轴(4)和安装在电主轴(4)上的测试棒(5)，冷却水循环装置(6)和油气润滑装置(7)分别与电主轴(4)的两端相连，温度检测装置(8)沿轴向布置在电主轴(4)的轴体一侧，热位移检测装置(10)布置在测试棒(5)的端部和周向；
所述测试棒(5)端部安装有模拟刀具齿轮(5-1)；
所述测试加载装置(3)包括测功机(3-1)、连接器(3-2)、力/扭矩测试器(3-3)和模拟加载齿轮(3-4)，测功机(3-1)采用交流高速测功机，测功机(3-1)通过连接器(3-2)与模拟加载齿轮(3-4)相连接，模拟加载齿轮(3-4)用于模拟实际工况加载切削力和力矩，其大小由力/扭矩测试器(3-3)检测；
所述电主轴冷却水循环装置(6)包括冷却水循环机(6-2)和与冷却水循环机(6-2)相连的多级冷却泵(6-1)，冷却水循环机(6-2)通过多级冷却泵(6-1)与电主轴(4)上的冷却水道入口相连；
所述油气润滑装置(7)包括油-汽润滑系统(7-1)和空压机(7-2)，空压机(7-2)分别与电主轴(4)的气压入口和油-汽润滑系统(7-1)中油气混合装置的压缩空气进口相连接；
所述主轴驱动装置(2)包括驱动器(2-1)和光电编码器(2-2)，驱动器(2-1)采用高频变频器驱动电主轴(4)运转，光电编码器(2-2)用于监测电主轴(4)转速；
所述的温度检测装置(8)包括五只红外测温仪，第一只红外测温仪(8-1-1)布置于电主轴(4)前端，第二只红外测温仪(8-1-2)、第三只红外测温仪(8-1-3)、第四只红外测温仪(8-1-4)和第五只红外测温仪(8-1-5)依次呈90°沿电主轴(4)轴向螺旋布置，五只红外测温仪(8-1)的输出端均与屏蔽接线盒(11)相连，屏蔽接线盒(11)和数据采集卡(12)连接，数据采集卡(12)与工业PC机(1)相连接；
所述的热位移检测装置(10)包括五只电涡流位移传感器，第一只电涡流位移传感器(10-1-1)布置于测试棒(5)的端部，第二只电涡流位移传感器(10-1-2)和第三只电涡流位移传感器(10-1-3)沿测试棒(5)轴向布置，第四只电涡流位移传感器(10-1-4)和第五只电涡流位移传感器(10-1-5)与第二只电涡流位移传感器(10-1-2)和第三只电涡流位移传感器(10-1-3)呈90°沿测试棒(5)轴向布置，五只电涡流位移传感器(10-1)的输出端与电荷放大器(14)相连，电荷放大器(14)与信号调理器(15)相连，信号调理器(15)与数据采集卡(12)相连。
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| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Zheng Dexing Inventor after: Chen Weifang Inventor after: Liang Ruijun Inventor after: Luo Yong Inventor after: Ji Ruguan Inventor after: Yu Fengjie Inventor after: Cui Huiting Inventor before: Zheng Dexing Inventor before: Chen Weifang Inventor before: Ji Ruguan Inventor before: Yu Fengjie Inventor before: Cui Huiting |
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| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |