CN105334031B - 一种双驱动电主轴的试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种避免以往测量缺陷的双驱动主轴试验台和试验方法，用来测量双驱动主轴的温度、振动；方案是，一种双驱动主轴试验平台，包括计算机、变频器、主体底座、连接到变频器上的主轴单元、定位夹具、连接到变频器上的驱动电机、同步带、同步带轮、润滑系统、冷却系统和试验头组件，其中主轴单元经定位夹具固定在主体底座上端，驱动电机固定在主轴单元一侧的主体底座上，驱动电机和主轴单元之间经同步带轮和同步带连接，所述冷却系统连接主轴单元的进水口和出水口，所述润滑系统连接主轴单元的进油口，所述试验头包括固定在主轴单元的前大盖上的测振块、数据的采集端连接到测振块上的振动传感器、安装到测温孔上的温度传感器。

Description

一种双驱动电主轴的试验方法

技术领域

本发明涉及主轴单元试验技术领域，主要涉及到一种双驱动主轴试验台及试验方法。

背景技术

主轴单元通常有电主轴和皮带轴，而二者各有优缺点。电主轴转速高，扭矩小；皮带轴相比电主轴的转速小，扭矩大；这势必导致二者的适用场合不同。随着主轴单元的发展，为迎合行业使用的要求，双驱动主轴应运而生。但该类主轴单元的综合性能是否符合国家和行业标准，还有待深研。其中影响电主轴实用性能的主要因素有温度、振动、转速。

主轴单元一般用于高精密加工数控机床，温度过高，引起支撑轴承材料的组织发生变化，导致轴承的载荷能力和使用寿命降低；而且主轴也会因温度过高，致使径向和轴向伸长量变大，降低轴承和主轴的抗疲劳性。从而严重影响主轴单元的精度及产品的质量。

由于主轴主体结构的限制，传统测量温度的方法很难准确测量轴承和主轴内部的温度。

主轴单元的振动会严重影响加工精度，影响产品质量。同时主轴振动还会影响轴承等内部元件的寿命，影响使用性能。

而对振动的测量方法也是停留在用磁铁吸附在被测主轴的表面，采集振动数据。在此测量过程中，主轴单元的振动势必会影响磁铁的吸附状态，这样就会对主轴单元振动状态的测量结果造成影响，降低结果的准确程度。

转速对主轴单元的影响也较为突出，当转速逐渐增大，产生的热量势必增多，且轴承所承受离心力增大，惯性滑移也变大，影响主轴单元的动态平衡。

而针对双驱动电主轴的试验台及实验方法在国内目前尚属空白，相关文献也未见报道。

因此，设计发明一套针对主轴单元振动、温度的测量方法极为迫切，而本试验及试验装置是专门用于对此类双驱动主轴振动、温度测试的试验。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种避免以往测量缺陷的双驱动主轴试验台和试验方法，用来测量双驱动主轴的温度、振动。

本发明的技术方案是，一种双驱动电主轴的试验方法，其特征在于，包括试验平台，试验平台包括计算机、变频器、主体底座、连接到变频器上的主轴单元、定位夹具、连接到变频器上的驱动电机、同步带、同步带轮、润滑系统、冷却系统和试验头组件，其特征在于，其中主轴单元经定位夹具固定在主体底座上端，驱动电机固定在主轴单元一侧的主体底座上，驱动电机和主轴单元之间经同步带轮和同步带连接，所述冷却系统连接主轴单元的进水口和出水口，所述润滑系统连接主轴单元的进油口，所述试验头组件包括固定在主轴单元的前大盖上的测振块、数据的采集端连接到测振块上的振动传感器、安装到测温孔上的温度传感器，所述变频器、润滑系统、冷却系统、振动传感器和温度传感器连接到计算机上；

其试验过程为：

a.内部电机驱动

首先，分别启动润滑和冷却系统，对主轴单元进行充分的润滑和冷却；断开离合器然后，启动主轴单元，打开控制开关，先调节变频器转速旋钮使主轴单元转速达到最高转速的20-25％后，稳定运行20-25min，对主轴进行试验前的跑和运转，当跑和运转结束后，设定变频控制系统使转速每隔30min自动提高一次，每次提高5000r/min，达到试验转速后转速停止提高，在试验要求转速下运转至设定时间后停机；此试验过程，由计算机控制并显示转速、振动、轴承温度、油压、冷却水温、内部电机的功耗电流、试验时间，并将上述参数保存在计算机数据库中，作出分析；

b.外部电机驱动

首先，分别启动润滑和冷却系统，对主轴单元进行充分的润滑和冷却，连上离合器；其次，启动外部驱动电机，通过皮带传动使主轴单元转速达到最高转速的20-25％时稳定运行20-25min，对试验主轴进行试验前的跑和运转，当跑和运转结束后，设定变频控制系统使转速每隔30min自动提高一次，每次提高1000r/m，达到试验转速后转速停止提高，在试验要求转速下运转至设定时间后停机；此试验过程，由计算机控制并显示转速、振动、轴承温度、油压、冷却水温、内部电机的功耗电流、试验时间，并将上述参数保存在计算机数据库中，作出分析。

所述定位夹具和驱动电机分别通过螺栓固定在主体底座上。

所述测温孔打在主轴单元的前大盖上，温度传感器的测点接触轴承外圈。

所述前大盖上设有测振孔，测振块固定在测振孔内且接触轴承外圈。测振块可以经螺纹固定在测振孔内。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

1、本发明能较为真实的模拟双驱动主轴的实际使用工况，试验过程有计算机实时检测并记录试验转速、轴承温度、振动、润滑油压、冷却水温度、内设驱动电机和外设驱动电机的功耗电流、试验时间，为评价双驱动主轴的性能、寿命和可靠性提供科学试验依据；

2、本试验所采用定位夹具结构简单、自身拆卸安装方便且对双驱动主轴的定位简单牢靠；

3、本试验的外部驱动电机和内部驱动电机都采用变频器进行调速，实现了双驱动主轴的无极调速同时具有快速升降的特点；

4、本试验采用循环水冷却和油气润滑，真实的模拟了双驱动主轴的散热和润滑条件；

5、本发明的试验过程由计算机自动监控并记录试验数据:转速、轴承温度、振动、润滑油压、冷却水温度、内设驱动电机和外设驱动电机的功耗电流、试验时间,试验的各项参数出现异常，保护装置自动报警停机；

6、本发明的试验装置可以根据试验主轴单元尺寸的不同更换不同尺寸的定位夹具，试验台对各种型号的双驱动主轴模拟试验具有广泛的通用性。

附图说明

图1是本发明试验装置的结构示意图。

图2是试验头组件的结构示意图。

图3是试验轴的剖切示意图。

图4是皮带轮组件的结构示意图。

上述图中：1-冷却系统；2-润滑系统；3-主轴单元；3.1-测振块；3.2-温度传感器；3.3-进水口；3.4-进油口；3.5-出水口；3.7-内部电机；3.6-前大盖；3.8-离合器；4-驱动电机；4.1-小同步带轮；4.2-皮带；4.3-大同步带轮；5-定位夹具；6-主体底座；7-变频器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

关于试验装置：

结合图1和图4本发明的试验装置包括主体底座6、主轴单元3、定位夹具5、驱动电机4、同步带4.2、同步带轮4.1 4.3、润滑系统2、冷却系统1、试验头组件，其中定位夹具3通过螺栓固定在主体底座6的后端，驱动电机4通过螺栓固定在主题底座6前端。

结合图1和图3、图4主轴单元包含有进水口3.3；进油口3.4；出水口3.5；内部电机3.7；前大盖3.6；离合器3.8。

结合图2试验头组件包含有温度传感器3.2、振动传感器、测温孔、测振块3.1。

关于总装：

总装包括试验头组件的组装和试验装置的总装，其中试验头组件的组装请结合图1和图2阐述如下：

将温度传感器3.2的采集数据端与主轴单元3前端的测温孔相连；将振动传感器的数据采集端与壳体前端的测振块3.1相连；数据采集的另一端与计算机相连。

关于试验装置的组装：

定位夹具5和驱动电机4通过螺栓分别固定在主体底座6前后端，将主轴单元3通过螺栓固定在定位夹具5上，将其压紧确保主轴单元3运行过程中稳定；同步带轮4.1 4.3借助键连接在主轴单元3一端并和驱动电机4通过皮带4.2连接；冷却系统1的进出冷却液道，分别于主轴单元3的冷却液进出口3.3 3.5相连；润滑系统2的润滑管道与主轴单元3的进油口3.4相连；

关于试验过程：

a.内部电机驱动；

启动润滑系统2，润滑质借助润滑管道通过进油口3.4进入主轴单3，对轴承进行充分的润滑，断开离合器3.8；与此同时，启动冷却系统1，冷却液通过主轴单元3的进水口3.3进入主轴单元3内部，对其进行充分冷却，然后通过主轴单元3的出水口3.5进入冷却装置1中，进行热交换后，循环使用；

然后，打开控制单元，启动主轴单元3，先调节变频器7的转速旋钮使主轴单元3转速达到最高转速的20-25％后，稳定运行20-25min，对试验主轴进行试验前的跑和运转。当跑和运转结束后，设定变频控制系统7使转速每隔30min自动提高一次，每次提高5000r/m，达到试验转速后转速停止提高，在试验要求转速下运转至设定时间后停机；此试验过程，由计算机控制并显示转速、振动、轴承温度、油压、冷却水温、内部电机的功耗电流、试验时间，并将上述参数保存在计算机数据库中，作出分析；

b.外部电机驱动；

启动润滑系统2，润滑质借助润滑管道通过进油口3.4进入主轴单元3，对轴承进行充分的润滑，连上离合器3.8；与此同时，启动冷却系统1，冷却液通过主轴单元3的进水口3.3进入主轴单元3内部，对其进行充分冷却，然后通过主轴单元3的出水口3.5进入冷却装置1中，进行热交换后，循环使用；

然后，断开控制系统，启动驱动电机4，通过皮带4.2传动使主轴单元3转速达到最高转速的20-25％后，稳定运行20-25min，对试验主轴进行试验前的跑和运转。当跑和运转结束后，设定变频控制系统7，使转速每隔30min自动提高一次，每次提高1000r/m，达到试验转速后转速停止提高，在试验要求转速下运转至设定时间后停机；此试验过程，由计算机控制并显示转速、振动、轴承温度、油压、冷却水温、内部电机的功耗电流、试验时间，并将上述参数保存在计算机数据库中，作出分析。

温度传感器3.2、振动传感器、主轴单元3、润滑系统2、冷却系统1均由计算机控制系统或由电控柜集中控制。

本发明通过数据采集卡将采集到的振动数据储存在计算机中，通过软件（Soundand Vibration Assistant）对其数据进行分析。

本发明是针对双驱动电主轴的试验台及试验方法，具有变速、变驱动、润滑、冷却功能，这在国内尚未有先例，填补了国内该技术的空白，能提高双驱动电主轴的使用范围，满足了行业对此项试验技术的需求，具有很高的社会价值和很广阔市场经济前景。

Claims (5)

1.一种双驱动电主轴的试验方法，其特征在于，包括试验平台，试验平台包括计算机、变频器、主体底座、连接到变频器上的主轴单元、定位夹具、连接到变频器上的驱动电机、同步带、同步带轮、润滑系统、冷却系统和试验头组件，其中主轴单元经定位夹具固定在主体底座上端，驱动电机固定在主轴单元一侧的主体底座上，驱动电机和主轴单元之间经同步带轮和同步带连接，所述冷却系统连接主轴单元的进水口和出水口，所述润滑系统连接主轴单元的进油口，所述试验头组件包括固定在主轴单元的前大盖上的测振块、数据的采集端连接到测振块上的振动传感器、安装到测温孔上的温度传感器，所述变频器、润滑系统、冷却系统、振动传感器和温度传感器连接到计算机上；

其试验过程为：

a.内部电机驱动

首先，分别启动润滑和冷却系统，对主轴单元进行充分的润滑和冷却；断开离合器然后，启动主轴单元，打开控制开关，先调节变频器转速旋钮使主轴单元转速达到最高转速的20-25％后，稳定运行20-25min，对主轴进行试验前的跑和运转，当跑和运转结束后，设定变频控制系统使转速每隔30min自动提高一次，每次提高5000r/min，达到试验转速后转速停止提高，在试验要求转速下运转至设定时间后停机；此试验过程，由计算机控制并显示转速、振动、轴承温度、油压、冷却水温、内部电机的功耗电流、试验时间，并将上述参数保存在计算机数据库中，作出分析；

b.外部电机驱动

首先，分别启动润滑和冷却系统，对主轴单元进行充分的润滑和冷却，连上离合器；其次，启动外部驱动电机，通过皮带传动使主轴单元转速达到最高转速的20-25％时稳定运行20-25min，对试验主轴进行试验前的跑和运转，当跑和运转结束后，设定变频控制系统使转速每隔30min自动提高一次，每次提高1000r/m，达到试验转速后转速停止提高，在试验要求转速下运转至设定时间后停机；此试验过程，由计算机控制并显示转速、振动、轴承温度、油压、冷却水温、内部电机的功耗电流、试验时间，并将上述参数保存在计算机数据库中，作出分析。

2.根据权利要求1所述的一种双驱动电主轴的试验方法，其特征在于，所述定位夹具和驱动电机分别通过螺栓固定在主体底座上。

3.根据权利要求1所述的一种双驱动电主轴的试验方法，其特征在于，所述测温孔打在主轴单元的前大盖上，温度传感器的测点接触轴承外圈。

4.根据权利要求1所述的一种双驱动电主轴的试验方法，其特征在于，所述前大盖上设有测振孔，测振块固定在测振孔内且接触轴承外圈。

5.根据权利要求4所述的一种双驱动电主轴的试验方法，其特征在于，所述测振块经螺纹连接固定在测振孔内。