CN106181575A - 一种重载高速电主轴在线加载平台及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重载高速电主轴在线加载平台及其使用方法，该平台包括重载高速电主轴连接结构、重载高速电主轴轴向和径向负载调整结构、加载平台轴承油气润滑系统；具备负载值在线获取功能以及加载平台温度保护功能；工作时，加载平台通过连接轴和连接刀柄与被测试电主轴连接，通过负载调整装置调整电主轴负载大小，负载力通过测力平台直接读取；加载平台配备了油气润滑系统和温度监控系统，确保加载平台在重载高速下长时间安全运行。本发明适用于大负载、高转速的电主轴稳定性测试与参数调整，使用方便、可靠。

Description

一种重载高速电主轴在线加载平台及其使用方法
技术领域
本发明属于电主轴加载测试领域，更具体地，涉及一种重载高速电主轴在线加载平台。
背景技术
重载高速电主轴是高速电主轴下的一个分类，主要用于大扭矩、重切削的重型金属加工机床。重载高速电主轴不需要变速箱或皮带轮等中间传递环节，具备结构模块化程度高、刚度高的优点。重载高速电主轴实际转速通常在6000RPM以下，但是轴承节圆半径较大，主轴系统的Dmn值可达到高速电主轴的定义，因而被称为重载高速电主轴。
重载高速主轴有较大的转轴直径并配备大功率内置电机，因而在运行过程中重载高速主轴内部的热变形远比传统高速电主轴大，这导致重载高速主轴轴承故障率很高。为应对这一问题，必须建设一种重载高速电主轴在线加载平台，通过在线模拟重载高速电主轴的实际工作负载检验重载高速电主轴的稳定性。
重载高速电主轴的切削负载和切削功率较大，超过常规的非接触负载加载平台(如，电磁力加载)或测功机承受范围，而设计高负载版本的非接触负载加载平台和测功机成本高昂。同时，常规的接触式负载加载平台在重载、高速的工况下存在严重发热问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺陷或改进需求，提供一种重载高速电主轴在线加载平台，以及为重载高速电主轴稳定性测试提供模拟现实的重载、高速工况的使用方法，从而实现重载高速电主轴真实工况下的稳定性测试。
本发明所提供的重载高速电主轴在线加载平台，包括重载高速电主轴连接结构、重载高速电主轴轴向和径向负载调整结构、加载平台轴承油气润滑系统；并具备负载值在线获取功能以及加载平台温度保护功能；其中，
重载高速电主轴连接结构包括：电主轴刀柄接口、连接转轴、转轴轴承、转轴外壳及精度测试架，通过刚性连接保证加载平台与被测试电主轴同轴紧固连接，即电主轴刀柄接口和连接转轴与电主轴紧固连接；连接转轴与转轴外壳通过转轴轴承连接，转轴轴承采用背靠背方式安装，转轴轴承中设置有定压预紧弹簧；转轴外壳通过螺栓固定于测力平台上表面上；测力平台下平台通过螺栓固定于负载调整平板上；
重载高速电主轴轴向和径向负载调整结构包括：负载调整平板、平台安装座、径向负载调整装置及轴向负载调整装置；负载调整平板安置于平台安装座上，通过压紧弹簧在保持负载调整平板与平台安装座的接触表面保持接触的同时还能进行平面内的滑动；径向负载调整装置及轴向负载调整装置分别安装在平台安装座同一平面内的四个方位；所说的径向负载调整装置及轴向负载调整装置分别有一对以上。
进一步地，转轴轴承上设置有提供轴承润滑和冷却的油气润滑系统；
进一步地，测力平台为六维测力传感器，可输出三个轴向力及三个扭转力信号，实时得到测力平台上、下表面之间的相互作用力；
进一步地，转轴轴承外圈安装有温度传感器，温度传感器可实时监测加载平台内轴承的温度；
进一步地，所说的力传感器、温度传感器的信号端与数据采集与显示装置相连接。
本发明所说的重载高速电主轴在线加载平台的安装及使用方法：
1)安装平台安装座，保证平台安装座上表面与电主轴轴线平行；
2)将负载调整平板安装在平台安装座上；
3)将测力平台安装在负载调整平板上；
4)将刀柄接口和连接转轴用螺钉紧固连接，并进行动平衡调整；
5)将第4)步得到的装配体与精度测试架、温度传感器、预紧弹簧、油气润滑系统、转轴轴承安装到转轴外壳上；
6)调整电主轴姿态，连接被测电主轴与加载平台；
7)将第5)步得到的装配体安装到测力平台上，并进行调整使水平放置时测力平台的负载读数仅为第5)步所得装配体的重力值，以保证加载平台与被测试电主轴初始安装状态下不存在负载。
工作时，调整径向负载调整装置或轴向负载调整装置使负载调整平板与平台安装座之间产生位移，该位移转化为负载通过测力平台、外壳、转轴轴承、连接转轴、电主轴刀柄接口传递到被测试电主轴上；平台所加载的负载通过测力平台转化为电信号传送到数据采集与显示装置中显示；加载平台的核心温度通过温度传感器，传送到数据采集与显示装置中，并提供温度预警显示。
本发明使用了常规的接触式方法对重载高速电主轴在线加载。通过调整可相对滑移的平台安装座和负载调整平板之间的相对位移来改变加载值的方向和大小。与现有在线加载平台相比，使用了定压预紧方式、油气润滑系统以及温度预警措施以保证加载平台在重载高速的工况下稳定、安全运行，并可直接提供所加载的负载大小数据。
附图说明
图1为本发明的重载高速电主轴加载平台结构示意图；
图2为负载调整平台结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明重载高速电主轴加载平台，其构成部件包括：电主轴刀柄接口2，转轴精度测试架3，轴承温度传感器4，定压预紧弹簧5，轴承油气润滑系统6，转轴轴承7，连接转轴8，转轴外壳9，数据采集与显示装置10，测力平台11，负载调整平板12，轴向负载调整装置13，负载调整平板压紧弹簧14，平台安装座15，径向负载调整装置16。
如图1所示，加载平台与被测试电主轴1通过电主轴刀柄接口2和连接转轴8实现紧固连接；连接转轴8与转轴外壳9通过转轴轴承7连接；转轴轴承7为高速钢制轴承，采用背靠背安装方式，转轴轴承7通过定压预紧弹簧5实现定压预紧；同时设置有对转轴轴承7进行润滑和冷却的油气润滑系统6，转轴轴承7外圈安置有温度传感器4；转轴外壳9通过螺栓固定于测力平台11的上表面上，测力平台11下表面通过螺栓固定于负载调整平板12上。
如图2所示，负载调整平板12安置于平台安装座15上，通过负载调整平板压紧弹簧14将负载调整平台和平台安装座的接触表面压实，四个径向负载调整装置16及四个轴向负载调整装置13分别安装在负载调整平板12同一水平面内的四个方位，通过负载调整装置保持负载调整平板12与平台安装座15在水平面内的紧固连接。所说的负载调整装置可以是负载调整螺钉。
使用时，首先安装平台安装座15，保证平台安装座15上表面与电主轴1轴线平行；第二步，将负载调整平板12安装在平台安装座15上；第三步将测力平台11安装在负载调整平板12上；第四步，将刀柄接口2和连接转轴8用螺钉紧固连接，并进行动平衡调整；第五部，将第四步得到的装配体与精度测试架3、温度传感器4、预紧弹簧5、油气润滑系统6、轴承7安装到转轴外壳9上；第六步，调整电主轴姿态，将被测电主轴1与加载平台连接；第七步，将第五步得到的装配体安装到测力平台上，并进行调整使测力平台11的读数仅为第五步所得装配体的重力值，从而保证加载平台与被测试电主轴1初始安装状态下不存在负载。
工作时，通过调整径向负载调整装置16和轴向负载调整装置13使负载调整平板12出现位移，该位移转化为负载通过测力平台11、外壳9、转轴轴承7、连接转轴8、电主轴刀柄接口2传递到被测试电主轴1上；平台所加载的负载通过测力平台11得到；加载平台运行时，油气润滑系统6运行，对轴承7进行润滑和冷却；轴承7外圈温度通过温度传感器4监测到后传递到数据采集与显示装置10中并予以显示，当绝对温升过高或者绝对温度过高时，数据采集与显示装置将提示需停止测试以保证加载平台和被测试电主轴安全。

Claims (5)

1.一种重载高速电主轴在线加载平台，包括电主轴刀柄接口(2)，精度测试架(3)，温度传感器(4)，定压预紧弹簧(5)，轴承油气润滑系统(6)，转轴轴承(7)，连接转轴(8)，转轴外壳(9)，数据采集与显示装置(10)，测力平台(11)，负载调整平板(12)，轴向负载调整装置(13)，负载调整平板压紧弹簧(14)，平台安装座(15)，径向负载调整装置(16)；
其特征在于：电主轴刀柄接口(2)和连接转轴(8)与电主轴紧固连接；连接转轴(8)与转轴外壳(9)通过转轴轴承(7)连接；转轴轴承(7)采用背靠背安装方式，转轴轴承(7)中设置有定压预紧弹簧(5)；
进一步地，转轴轴承(7)上安装有润滑和冷却的油气润滑系统(6)；
进一步地，测力平台为可输出三个轴向力及三个扭转力信号的六维测力传感器；
进一步地，在转轴轴承外圈安装有温度传感器(4)；
进一步地，所说的测力平台、温度传感器的信号端与数据显示与采集装置(10)相连接；
转轴外壳(9)固定于测力平台(11)的上平台上，测力平台(11)下平台固定于负载调整平板(12)上；负载调整平板(12)安置于平台安装座(15)上，通过负载调整平板压紧弹簧(14)连接并压实两个平台的接触表面，径向负载调整装置(16)及轴向负载调整装置(13)分别安置在负载调整平板同一水平面的四个方位。
2.按照权利要求1所说的重载高速电主轴在线加载平台，其特征在于，所说的径向负载调整装置及轴向负载调整装置分别有一对以上。
3.按照权利要求1所说的重载高速电主轴在线加载平台，其特征在于，所说的径向负载调整装置及轴向负载调整装置是负载调整螺钉。
4.一种重载高速电主轴在线加载平台，包括电主轴刀柄接口(2)，精度测试架(3)，温度传感器(4)，定压预紧弹簧(5)，轴承油气润滑系统(6)，转轴轴承(7)，连接转轴(8)，转轴外壳(9)，数据采集与显示装置(10)，测力平台(11)，负载调整平板(12)，轴向负载调整装置(13)，负载调整平板压紧弹簧(14)，平台安装座(15)，径向负载调整装置(16)；其在线加载平台的安装及使用方法为：
1)安装平台安装座，保证平台安装座上表面与电主轴轴线平行；
2)将负载调整平板安装在平台安装座上；
3)将测力平台安装在负载调整平板上；
4)将刀柄接口和连接转轴用螺钉紧固连接，并进行动平衡调整；
5)将第4)步得到的装配体与精度测试架、温度传感器、预紧弹簧、油气润滑系统、转轴轴承安装到外壳上；
6)调整电主轴姿态，连接被测电主轴与加载平台；
7)将第5)步得到的装配体安装到测力平台上，并进行调整使水平放置时测力平台输出的读数仅为第5)步所得装配体的重力值，以保证加载平台与被测试电主轴初始安装状态下不存在负载。
5.按照权利要求4所说的在线加载平台的安装及使用方法，其特征在于，通过调整径向负载调整装置和轴向负载调整装置使负载调整平板出现位移，该位移转化为负载通过测力平台、外壳、转轴轴承、连接转轴、电主轴刀柄接口传递到被测试电主轴上；平台所加载的负载通过测力平台转化并显示在数据采集与显示装置中；加载平台的核心温度通过温度传感器传送到数据采集与显示装置中，并提供温度预警显示。
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