CN105388011A - 一种主轴轴向静刚度测试装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主轴轴向静刚度测试装置，通过锁紧杆对主轴施加或者卸载轴向载荷，锁紧杆通过螺纹副与锁紧杆套环连接，锁紧杆套环通过沿滑动槽滑动调节锁紧杆的水平高度，通过力传感器和位移传感器分别测量主轴单元的轴向载荷和轴向位移，力传感器和位移传感器均可沿滑动槽滑动以调节力传感器和位移传感器与主轴单元转子的相对位置。通过NI数据采集卡采集力传感器测量得到的轴向载荷和位移传感器采集到的轴向位移并通过计算机显示主轴轴向载荷-轴向位移的静刚度曲线。本发明可以根据主轴的直径来调节力传感器、位移传感器、锁紧杆套环和锁紧杆与主轴单元转子的相对位置，实现了对不同直径主轴的轴向载荷、轴向位移的测量，保证了主轴轴向刚度的测试效率。

Description

一种主轴轴向静刚度测试装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及机床主轴性能测试领域，特别是涉及一种主轴轴向静刚度测试装置及其使用方法。

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。主轴轴向静刚度是指主轴单元在轴向载荷的作用下抵抗变形的能力，通常以主轴转子前端产生单位轴向位移时，在轴向位移方向上所施加的载荷来表示主轴的轴向静刚度。主轴的轴向静刚度作为评定数控机床整机质量和主轴单元设计的一项重要指标，不仅会影响加工部件的几何精度和表面质量，也是预测主轴动态特性、轴承寿命和噪声的基础。

目前，国内外已有很多关于主轴轴向静刚度的测试装置，但是已有的测试装置只是针对某一种型号的主轴进行轴向静刚度的测试，这就对具有不同外径的主轴单元的轴向刚度的测试造成了很大的困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种可对不同直径的主轴进行轴向加载，并同时测量位移和载荷大小的主轴轴向静刚度测试装置。

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：一种主轴轴向静刚度测试装置，其特征在于，包括锁紧杆支架组件、传感器支架组件、传感器组件和数据采集和处理组件。所述锁紧杆支架组件包括锁紧杆支架底板、锁紧杆安装板、锁紧杆套环、锁紧杆；所述锁紧杆支架底板用于固定锁紧杆安装板，所述锁紧杆安装板设有锁紧杆安装板滑动槽，所述锁紧杆套环可沿所述锁紧杆安装板滑动槽移动，所述锁紧杆通过螺纹副与所述锁紧杆套环连接，所述传感器支架组件包括传感器支架底板、力传感器支架、位移传感器安装板，所述传感器支架底板用于安装固定力传感器支架和位移传感器安装板，所述力传感器支架设有力传感器支架滑动槽，所述位移传感器安装板设有两平行滑动槽，所述传感器组件包括力传感器组件和位移传感器，所述力传感器组件包括力传感器、两个力传感器顶杆，所述力传感器可沿所述力传感器支架上的滑动槽移动，所述力传感器顶杆一端设计为球形，另一端安装在力传感器上，所述位移传感器可沿所述位移传感器安装板上的滑动槽移动。所述数据采集和处理组件包括计算机和NI数据采集卡，所述计算机用于显示主轴轴向力-轴向位移的静刚度曲线，所述NI数据采集卡用于采集所述力传感器测量得到的轴向力和所述位移传感器采集到的轴向位移。

所述位移传感器安装板设有两平行滑动槽，其中一个设计为位移传感器滑动槽，另一个设计为力传感器滑动槽。

所述锁紧杆安装板滑动槽中心平面、力传感器支架滑动槽和力传感器滑动槽的中心平面共面，所述位移传感器滑动槽与所述力传感器滑动槽中心平面平行。

所述力传感器顶杆一端设计为球形，保证了锁紧杆与力传感器、力传感器与主轴单元接触为点接触，另一端安装在力传感器上。

一种主轴轴向静刚度测试装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)根据主轴的直径调节锁紧杆套环、锁紧杆、力传感器组件、位移传感器与主轴单元转子的相对位置；

(2)用力矩扳手旋转锁紧杆逐渐加载轴向载荷，通过NI数据采集卡分别采集几组轴向载荷和相应的轴向位移；

(3)通过计算机计算并显示轴向载荷-轴向位移的静刚度曲线；

(4)在测试过程中随时判断测试是否完成，如果测试完成，则用力矩扳手旋转锁紧杆逐渐卸载轴向载荷直至恢复到初始状态，如果继续测试同一主轴，则返回步骤2，如果测试直径不同的其它主轴，则返回步骤1。

本发明一种主轴轴向静刚度测试装置可同时测量主轴的轴向载荷和轴向位移，可适用于各类立式、卧式数控机床主轴单元的静刚度测试，通用性好。本发明具有的优点和积极效果是：

采用力矩扳手和螺纹副对主轴进行加载，加载连续并且平稳；

可以根据主轴的直径来调节力传感器、位移传感器、锁紧杆套环和锁紧杆的高度，实现了对不同直径主轴的轴向载荷、轴向位移的测量，保证了主轴轴向刚度的测试效率；

力传感器两端顶杆前端设为球形结构，保证了球形顶杆与主轴转子、球形顶杆与锁紧杆的接触为点接触，可以保持锁紧杆加载轴向载荷的方向性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的侧视图。

图中：1、锁紧杆套环；2、锁紧杆；3、锁紧杆安装板；4、锁紧杆安装板滑动槽；5、锁紧杆支架底板；6、力传感器支架滑动槽；7、力传感器支架；8、传感器支架底板；9、位移传感器安装板；10a、力传感器顶杆；11、力传感器；12、位移传感器；10b、力传感器顶杆；13、位移传感器滑动槽；14、力传感器滑动槽。

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1，一种主轴轴向静刚度测试装置，其特征在于，包括锁紧杆支架组件、传感器支架组件、力传感器组件和位移传感器。所述锁紧杆支架组件包括锁紧杆支架底板5、锁紧杆安装板3、锁紧杆套环1、锁紧杆2；所述锁紧杆支架底板5用于固定锁紧杆安装板3，所述锁紧杆安装板3设有锁紧杆安装板滑动槽4，所述锁紧杆套环1可沿所述锁紧杆安装板滑动槽4移动，所述锁紧杆2通过螺纹副与所述锁紧杆套环1连接，所述传感器支架组件包括传感器支架底板8、力传感器支架7、位移传感器安装板9，所述传感器支架底板8用于安装固定力传感器支架7和位移传感器安装板9，所述力传感器支架7设有力传感器支架滑动槽6，所述位移传感器安装板9设有位移传感器滑动槽13和力传感器滑动槽14，所述力传感器组件包括力传感器11、两个力传感器顶杆10a、10b，所述力传感器11可沿所述力传感器支架滑动槽6移动，所述力传感器顶杆10a、10b一端设计为球形，另一端安装在力传感器11上，所述位移传感器12可沿所述位移传感器安装板滑动槽13移动。

所述力传感器顶杆10a、10b一端设计为球形，保证了所述锁紧杆2与力传感器11、力传感器11与主轴单元接触为点接触，另一端安装在力传感器11上。

所述主轴轴向静刚度测试装置还包括计算机和NI数据采集卡，所述计算机用于显示主轴轴向力-轴向位移的静刚度曲线，所述NI数据采集卡用于采集所述力传感器测量得到的轴向力和所述位移传感器采集到的轴向位移。

一种主轴轴向静刚度测试装置的使用方法，包括以下步骤：

(1)根据主轴的直径调节锁紧杆套环、锁紧杆、力传感器，使其与主轴转子的轴线共线，调节位移传感器的高度，使其与力传感器等高；

(2)用力矩扳手旋转锁紧杆逐渐加载轴向载荷，通过NI数据采集卡分别采集几组轴向载荷和相应的轴向位移；

(3)通过计算机计算并显示轴向载荷-轴向位移的静刚度曲线；

(4)在测试过程中随时判断测试是否完成，如果测试完成，则用力矩扳手旋转锁紧杆逐渐卸载轴向载荷直至恢复到初始状态，如果继续测试同一主轴，则返回步骤2，如果测试直径不同的其它主轴，则返回步骤1。

以上显示和描述，描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点，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的描述的只是本说明书的发明原理，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 (5)

1.一种主轴轴向静刚度测试装置，其特征在于，包括锁紧杆支架组件、传感器支架组件、传感器组件和数据采集和处理组件。所述锁紧杆支架组件包括锁紧杆支架底板、锁紧杆安装板、锁紧杆套环、锁紧杆；所述锁紧杆支架底板用于固定锁紧杆安装板，所述锁紧杆安装板设有锁紧杆安装板滑动槽，所述锁紧杆套环可沿所述锁紧杆安装板滑动槽移动，所述锁紧杆通过螺纹副与所述锁紧杆套环连接，所述传感器支架组件包括传感器支架底板、力传感器支架、位移传感器安装板，所述传感器支架底板用于安装固定力传感器支架和位移传感器安装板，所述力传感器支架设有力传感器支架滑动槽，所述位移传感器安装板设有两平行滑动槽，所述传感器组件包括力传感器组件和位移传感器，所述力传感器组件包括力传感器、两个力传感器顶杆，所述力传感器可沿所述力传感器支架上的滑动槽移动，所述力传感器顶杆一端设计为球形，另一端安装在力传感器上，所述位移传感器可沿所述位移传感器安装板上的滑动槽移动。所述数据采集和处理组件包括计算机和NI数据采集卡，所述计算机用于显示主轴轴向力-轴向位移的静刚度曲线，所述NI数据采集卡用于采集所述力传感器测量得到的轴向力和所述位移传感器采集到的轴向位移。

2.根据权利要求1所述的一种主轴轴向静刚度测试装置，其特征在于，所述位移传感器安装板设有两平行滑动槽，其中一个设计为位移传感器滑动槽，另一个设计为力传感器滑动槽。

3.根据权利要求1或2所述的一种主轴轴向静刚度测试装置，其特征在于，锁紧杆安装板滑动槽中心平面、力传感器支架滑动槽和力传感器滑动槽的中心平面共面，所述位移传感器滑动槽与所述力传感器滑动槽中心平面平行。

4.根据权利要求1所述的一种主轴轴向静刚度测试装置，其特征在于，所述力传感器顶杆一端设计为球形，保证了锁紧杆与力传感器、力传感器与主轴单元接触为点接触，另一端安装在力传感器上。

5.一种主轴轴向静刚度测试装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据主轴的直径调节锁紧杆套环、锁紧杆、力传感器组件、位移传感器与主轴单元转子的相对位置；

(2)用力矩扳手旋转锁紧杆逐渐加载轴向载荷，通过NI数据采集卡分别采集几组轴向载荷和相应的轴向位移；

(3)通过计算机计算并显示轴向载荷-轴向位移的静刚度曲线；

(4)在测试过程中随时判断测试是否完成，如果测试完成，则用力矩扳手旋转锁紧杆逐渐卸载轴向载荷直至恢复到初始状态，如果继续测试同一主轴，则返回步骤2，如果测试直径不同的其它主轴，则返回步骤1。