CN107598194B - 一种能模拟工况条件的机床主轴试车平台 - Google Patents

Abstract

一种能模拟工况条件的机床主轴试车平台，工作台上设置有用于对应支撑待测主轴的前部和后部的前主轴固定支架和后主轴固定支架，对应待测主轴前端的检验棒和主轴刀柄设置用于获取检验棒位移信息的位移信息采集机构，用于获取主轴刀柄旋转信息的角度/测速信息采集机构，待测主轴前端和后端均设置有用于获取待测主轴在运行过程的振动信息和温度信息的加速度传感器和温度传感器，工作台下面设置有用于驱动待测主轴旋转的驱动电机，调整驱动电机水平位置的电机位置调整机构，获取驱动电机移动的张紧力大小的力传感器组件，驱动电机的电机带轮通过传动皮带连接待测主轴后端的主轴带轮。本发明能够实现全方位的系统集成的机床主轴动态性能测试实验平台。

Description

一种能模拟工况条件的机床主轴试车平台

技术领域

本发明涉及一种机床主轴试车平台。特别是涉及一种能模拟工况条件的机床主轴试车平台。

背景技术

随着现代制造业的不断发展，机床作为具有高科技含量的现代化“工作母机”，是实现制造技术和装备制造业现代化的重要基础装备，其质量、性能和拥有量是衡量一个国家工业现代化水平、综合国力的重要标志，因此在国民经济现代化的建设中起着重大作用。主轴单元是现代金属切削机床的重要组成部分，机床制造领域中对高速高精度主轴的性能要求越来越高。随着科学技术的发展，机床主轴已经从机床结构中独立出来，形成了一个标准化、系列化的产品。

主轴在装配完成后需要进行试运行，即将主轴连接到驱动装置，并以一定转速旋转。在运行过程中需要对主轴进行跟踪测试，以便更好地了解主轴技术性能的参数。测试的具体性能主要包括：系统的振动、热变形、动态回转精度及动平衡等，根据主轴的各项性能参数，可以为制造高精度、高可靠性的主轴单元提供保证，同时，也为主轴设计者和制造者提供实验数据，有利于机床整机性能的提升。而现有的主轴实验台只考虑了上述的一个或者几个因素，不能全面地对主轴的动态性能进行测试。因此亟待建立一种能模拟工况条件，对机床主轴的动态性能进行测试的实验平台。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种利用高性能的模块化硬件实现全方位的系统集成的能模拟工况条件的机床主轴试车平台

本发明所采用的技术方案是：一种能模拟工况条件的机床主轴试车平台，包括工作台，所述工作台上并排设置有用于对应支撑待测主轴的前部和后部的前主轴固定支架和后主轴固定支架，工作台上对应所述待测主轴前端的检验棒和主轴刀柄还分别设置用于获取检验棒位移信息的位移信息采集机构，以及用于获取主轴刀柄旋转信息的角度/测速信息采集机构，所述待测主轴前端和后端均设置有用于获取待测主轴在运行过程的振动信息和温度信息的加速度传感器和温度传感器，所述工作台台面的下面设置有用于驱动所述待测主轴旋转的驱动电机，用于调整所述驱动电机水平位置的电机位置调整机构，以及用于获取驱动电机移动的张紧力大小的力传感器组件，所述驱动电机的电机带轮通过传动皮带连接待测主轴后端的主轴带轮。

所述的前主轴固定支架和后主轴固定支架结构相同，均包括有：上面形成有用于嵌入和支撑所述待测主轴的凹槽的下固定支架以及设置在所述待测主轴上方的倒U形结构的上固定支架，所述下固定支架的底座通过螺栓固定在所述工作台上，所述上固定支架开口端的两个端与所述下固定支架开口端的两个端通过销轴铰接连接，还设置有位于待测主轴和上固定支架之间的V型块，所述V型块卡套在所述待测主轴的上面，所述上固定支架的顶端形成有上下贯通的螺孔，所述上固定支架的顶端通过所述的螺孔上下贯穿的螺纹连接有锁紧螺杆，所述锁紧螺杆通过旋转顶紧在所述V型块的顶端而使待测主轴固定在所述下固定支架的凹槽上。

所述的位移信息采集机构，包括有通过位移传感器支架底座板固定在所述工作台上的位移传感器支架，分别安装在所述位移传感器支架上的：对应所述检验棒前端的轴向位移传感器，对应所述检验棒底面的第一径向位移传感器和第二径向位移传感器，对应所述检验棒侧面的第三径向位移传感器和第四径向位移传感器。

所述的角度/测速信息采集机构，包括有固定在所述工作台上的角度/测速传感器支架和安装在所述角度/测速传感器支架上的对应于主轴刀柄的角度/测速传感器。

所述的加速度传感器和温度传感器，包括有：设置在所述待测主轴前端的第一加速度传感器和第一温度传感器，以及设置在所述待测主轴后端的第二加速度传感器和第二温度传感器。

所述的第一加速度传感器、第一温度传感器、第二加速度传感器和第二温度传感器的下表面均设置有磁铁，且通过自带的磁铁吸附在待测主轴的外壳上，

所述的电机位置调整机构包括有：固定在所述工作台底部支架上的导轨底座板，并排固定在所述导轨底座板上的第一导轨和第二导轨，分别通过第一滑块、第二滑块、第三滑块和第四滑块能够沿所述第一导轨和第二导轨移动的驱动电机底座板，所述驱动电机底座板上固定设置有驱动电机，所述驱动电机底座板沿移动方向的一侧设置有用于控制驱动电机底座板沿所述第一导轨和第二导轨移动的张紧气缸，另一侧连接有力传感器组件，所述张紧气缸通过张紧气缸支架设置在所述导轨底座板上。

所述的力传感器组件包括有固定在工作台底部的导轨底座板上的L型力传感器固定板，以及固定在所述L型力传感器固定板竖直面上的力传感器连接套筒，所述力传感器连接套筒的侧壁上形成有过线开口，所述力传感器连接套筒的筒内间隙安装有力传感器和位于所述力传感器接近力传感器固定板一侧的力传感器垫片，所述力传感器固定板竖直面上通过螺纹贯穿的连接有力传感器调节螺栓，所述力传感器调节螺栓的顶端与所述力传感器垫片为接触连接。

本发明的一种能模拟工况条件的机床主轴试车平台，是利用高性能的模块化硬件实现全方位的系统集成的机床主轴动态性能测试实验平台。本发明具有的优点和积极效果是：

1)利用V型槽支架安装待测主轴，可实现自动定心；

2)采用气缸推动驱动电机底板，且驱动电机底板可沿导轨平行移动，张紧力大小可采用力传感器测得，气缸推力可采用气压调节阀来控制；

3)利用本实验平台，可同时测得系统的振动、主轴热变形和动态回转精度，节省了测试时间和加工成本。

附图说明

图1是本发明的一种能模拟工况条件的机床主轴试车平台整体结构示意图；

图2是本发明的一种能模拟工况条件的机床主轴试车平台正面结构示意图；

图3是本发明的一种能模拟工况条件的机床主轴试车平台侧面结构示意图；

图4是本发明的一种能模拟工况条件的机床主轴试车平台俯视结构示意；

图5是本发明中力传感器组件的结构示意图。

图中

1：工作台 2：待测主轴

3a：前主轴固定支架 3b：后主轴固定支架

3.1：下固定支架 3.2：上固定支架

3.3：锁紧螺杆 3.4：V型块

3.5：销轴 4.1：位移传感器支架

4.2：位移传感器支架底座板 5.1轴向位移传感器

5.2：第一径向位移传感器 5.3：第二径向位移传感器

5.4：第三径向位移传感器 5.5：第四径向位移传感器

6.1：第一加速度传感器 6.2：第二加速度传感器

7.1：第一温度传感器 7.2：第二温度传感器

8：主轴带轮 9：传动皮带

10：张紧气缸 11：驱动电机底座板

12：驱动电机 13：电机带轮

14.1：第一滑块 14.2：第二滑块

14.3：第三滑块 15.1：第一导轨

15.2：第二导轨 16：力传感器组件

16.1：力传感器 16.2：力传感器连接套筒

16.3：力传感器垫片 16.4：力传感器固定板

16.5：力传感器调节螺栓 17：角度/测速传感器

18：角度/测速传感器支架 19：检验棒

20：主轴刀柄 21：张紧气缸支架

22：导轨底座板

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明的一种能模拟工况条件的机床主轴试车平台做出详细说明。

如图1、图2、图3、图4所示，本发明的一种能模拟工况条件的机床主轴试车平台，包括工作台1，所述工作台1上并排设置有用于对应支撑待测主轴2的前部和后部的前主轴固定支架3a和后主轴固定支架3b，工作台1上对应所述待测主轴2前端的检验棒19和主轴刀柄20还分别设置用于获取检验棒19位移信息的位移信息采集机构，以及用于获取主轴刀柄20旋转信息的角度/测速信息采集机构，所述待测主轴2前端和后端均设置有用于获取待测主轴2在运行过程的振动信息和温度信息的加速度传感器和温度传感器，所述工作台1台面的下面设置有用于驱动所述待测主轴2旋转的驱动电机12，用于调整所述驱动电机12水平位置的电机位置调整机构，以及用于获取驱动电机12移动的张紧力大小的力传感器组件16，所述驱动电机12的电机带轮13通过传动皮带9连接待测主轴2后端的主轴带轮8。

所述的前主轴固定支架3a和后主轴固定支架3b结构相同，均包括有：上面形成有用于嵌入和支撑所述待测主轴2的凹槽的下固定支架3.1以及设置在所述待测主轴2上方的倒U 形结构的上固定支架3.2，所述下固定支架3.1的底座通过螺栓固定在所述工作台1上，所述上固定支架3.2开口端的两个端与所述下固定支架3.1开口端的两个端通过销轴3.5铰接连接，还设置有位于待测主轴2和上固定支架3.2之间的V型块3.4，所述V型块3.4卡套在所述待测主轴2的上面，所述上固定支架3.2的顶端形成有上下贯通的螺孔，所述上固定支架3.2的顶端通过所述的螺孔上下贯穿的螺纹连接有锁紧螺杆3.3，所述锁紧螺杆3.3通过旋转顶紧在所述V型块3.4的顶端而使待测主轴2固定在所述下固定支架3.1的凹槽上，即通过调节锁紧螺杆3.3，可通过锁紧V型块3.4将待测主轴2锁紧。

所述的位移信息采集机构，包括有通过位移传感器支架底座板4.2固定在所述工作台1 上的位移传感器支架4.1，分别安装在所述位移传感器支架4.1上的：对应所述检验棒19前端的轴向位移传感器5.1，对应所述检验棒19底面的第一径向位移传感器5.2和第二径向位移传感器5.3，对应所述检验棒19侧面的第三径向位移传感器5.4和第四径向位移传感器5.5，所述轴向位移传感器5.1、第一径向位移传感器5.2、第二径向位移传感器5.3、第三径向位移传感器5.4和第四径向位移传感器5.5的信号输出端均连接信号接收单元。通过所述轴向位移传感器5.1、第一径向位移传感器5.2、第二径向位移传感器5.3、第三径向位移传感器5.4和第四径向位移传感器5.5检测到检验棒19在轴向、径向以及倾斜方向的位移数据可计算出待测主轴2的动态回转精度。

所述的角度/测速信息采集机构，包括有固定在所述工作台1上的角度/测速传感器支架 18和安装在所述角度/测速传感器支架18上的对应于主轴刀柄20的角度/测速传感器17。所述角度/测速传感器17的信号输出端连接信号接收单元。

所述的加速度传感器和温度传感器，包括有：设置在所述待测主轴2前端的第一加速度传感器6.1和第一温度传感器7.1，以及设置在所述待测主轴2后端的第二加速度传感器6.2 和第二温度传感器7.2，所述第一加速度传感器6.1、第一温度传感器7.1、第二加速度传感器 6.2和第二温度传感器7.2的信号输出端均连接信号接收单元。通过所述第一加速度传感器6.1 和第二加速度传感器6.2可测得待测主轴2在运行过程的振动；通过第一温度传感器7.1和第二温度传感器7.2可以测得待测主轴2在运行过程中的温度变化，结合所述轴向位移传感器 5.1、第一径向位移传感器5.2、第二径向位移传感器5.3、第三径向位移传感器5.4和第四径向位移传感器5.5所测数据，可得到温度与变形的关系。

所述的第一加速度传感器6.1、第一温度传感器7.1、第二加速度传感器6.2和第二温度传感器7.2的下表面均设置有磁铁，且通过自带的磁铁吸附在待测主轴2的外壳上，

所述的电机位置调整机构包括有：固定在所述工作台1底部支架上的导轨底座板22，并排固定在所述导轨底座板22上的第一导轨15.1和第二导轨15.2，分别通过第一滑块14.1、第二滑块14.2、第三滑块14.3和第四滑块(图中未示出)能够沿所述第一导轨15.1和第二导轨15.2移动的驱动电机底座板11，所述驱动电机底座板11上固定设置有驱动电机12，所述驱动电机底座板11沿移动方向的一侧设置有用于控制驱动电机底座板11沿所述第一导轨 15.1和第二导轨15.2移动的张紧气缸10，另一侧连接有力传感器组件16，所述张紧气缸10 通过张紧气缸支架21设置在所述导轨底座板22上。张紧气缸10通过推动驱动电机底座板 11在第一导轨15.1和第二导轨15.2上滑动，进而改变所述待测主轴2的主轴带轮8和电机带轮13之间的中心距，改变传动皮带9的张紧力。

如图5所示，所述的力传感器组件16包括有固定在工作台1底部的导轨底座板22上的 L型力传感器固定板16.4，以及固定在所述L型力传感器固定板16.4竖直面上的力传感器连接套筒16.2，所述力传感器连接套筒16.2的侧壁上形成有过线开口，所述力传感器连接套筒 16.2的筒内间隙安装有力传感器16.1和位于所述力传感器16.1接近力传感器固定板16.4一侧的力传感器垫片16.3，所述力传感器固定板16.4竖直面上通过螺纹贯穿的连接有力传感器调节螺栓16.5，所述力传感器调节螺栓16.5的顶端与所述力传感器垫片16.3为接触连接。所述力传感器16.1的信号输出端连接信号接收单元。通过调节安装在所述力传感器固定板16.4 上的力传感器调节螺栓16.5来调节所述力传感器16.1在所述力传感器连接套筒16.2内的伸长量。

本发明的一种能模拟工况条件的机床主轴试车平台使用方式如下：

1)首先安装待测主轴，调节待测主轴的轴向位置，拧紧锁紧螺杆，若待测主轴为带传动的机械主轴，使主轴带轮与电机带轮在同一平面；若待测主轴为电主轴则直接连接待测主轴的电源即可。

2)调节张紧气缸的推力和力传感器调节螺栓，保证传动皮带保持适当的张紧力。

3)安装刀柄和检验棒，调节位移传感器支架的位置及位移传感器在传感器支架的伸长量，保证位移传感器在量程范围内。

4)将加速度传感器放在待测主轴的前后轴承附近的位置，将温度传感器放于待测主轴前后轴承的安装位置。

5)启动驱动电机开始测试，并记录数据。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出许多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种能模拟工况条件的机床主轴试车平台，包括工作台（1），其特征在于，所述工作台（1）上并排设置有用于对应支撑待测主轴（2）的前部和后部的前主轴固定支架（3a）和后主轴固定支架（3b），工作台（1）上对应所述待测主轴（2）前端的检验棒（19）和主轴刀柄（20）还分别设置用于获取检验棒（19）位移信息的位移信息采集机构，以及用于获取主轴刀柄（20）旋转信息的角度/测速信息采集机构，所述待测主轴（2）前端和后端均设置有用于获取待测主轴（2）在运行过程的振动信息和温度信息的加速度传感器和温度传感器，所述工作台（1）台面的下面设置有用于驱动所述待测主轴（2）旋转的驱动电机（12），用于调整所述驱动电机（12）水平位置的电机位置调整机构，以及用于获取驱动电机（12）移动的张紧力大小的力传感器组件（16），所述驱动电机（12）的电机带轮（13）通过传动皮带（9）连接待测主轴（2）后端的主轴带轮（8）；

所述的前主轴固定支架（3a）和后主轴固定支架（3b）结构相同，均包括有：上面形成有用于嵌入和支撑所述待测主轴（2）的凹槽的下固定支架（3.1）以及设置在所述待测主轴（2）上方的倒U形结构的上固定支架（3.2），所述下固定支架（3.1）的底座通过螺栓固定在所述工作台（1）上，所述上固定支架（3.2）开口端的两个端与所述下固定支架（3.1）开口端的两个端通过销轴（3.5）铰接连接，还设置有位于待测主轴（2）和上固定支架（3.2）之间的V型块（3.4），所述V型块（3.4）卡套在所述待测主轴（2）的上面，所述上固定支架（3.2）的顶端形成有上下贯通的螺孔，所述上固定支架（3.2）的顶端通过所述的螺孔上下贯穿的螺纹连接有锁紧螺杆（3.3），所述锁紧螺杆（3.3）通过旋转顶紧在所述V型块（3.4）的顶端而使待测主轴（2）固定在所述下固定支架（3.1）的凹槽上；

所述的位移信息采集机构，包括有通过位移传感器支架底座板（4.2）固定在所述工作台（1）上的位移传感器支架（4.1），分别安装在所述位移传感器支架（4.1）上的：对应所述检验棒（19）前端的轴向位移传感器（5.1），对应所述检验棒（19）底面的第一径向位移传感器（5.2）和第二径向位移传感器（5.3），对应所述检验棒（19）侧面的第三径向位移传感器（5.4）和第四径向位移传感器（5.5）；

所述的角度/测速信息采集机构，包括有固定在所述工作台（1）上的角度/测速传感器支架（18）和安装在所述角度/测速传感器支架（18）上的对应于主轴刀柄（20）的角度/测速传感器（17）；

所述的加速度传感器和温度传感器，包括有：设置在所述待测主轴（2）前端的第一加速度传感器（6.1）和第一温度传感器（7.1），以及设置在所述待测主轴（2）后端的第二加速度传感器（6.2）和第二温度传感器（7.2）；

所述的第一加速度传感器（6.1）、第一温度传感器（7.1）、第二加速度传感器（6.2）和第二温度传感器（7.2）的下表面均设置有磁铁，且通过自带的磁铁吸附在待测主轴（2）的外壳上；

所述的电机位置调整机构包括有：固定在所述工作台（1）底部支架上的导轨底座板（22），并排固定在所述导轨底座板（22）上的第一导轨（15.1）和第二导轨（15.2），分别通过第一滑块（14.1）、第二滑块（14.2）、第三滑块（14.3）和第四滑块能够沿所述第一导轨（15.1）和第二导轨（15.2）移动的驱动电机底座板（11），所述驱动电机底座板（11）上固定设置有驱动电机（12），所述驱动电机底座板（11）沿移动方向的一侧设置有用于控制驱动电机底座板（11）沿所述第一导轨（15.1）和第二导轨（15.2）移动的张紧气缸（10），另一侧连接有力传感器组件（16），所述张紧气缸（10）通过张紧气缸支架（21）设置在所述导轨底座板（22）上；

所述的力传感器组件（16）包括有固定在工作台（1）底部的导轨底座板（22）上的L型力传感器固定板（16.4），以及固定在所述L型力传感器固定板（16.4）竖直面上的力传感器连接套筒（16.2），所述力传感器连接套筒（16.2）的侧壁上形成有过线开口，所述力传感器连接套筒（16.2）的筒内间隙安装有力传感器（16.1）和位于所述力传感器（16.1）接近力传感器固定板（16.4）一侧的力传感器垫片（16.3），所述力传感器固定板（16.4）竖直面上通过螺纹贯穿的连接有力传感器调节螺栓（16.5），所述力传感器调节螺栓（16.5）的顶端与所述力传感器垫片（16.3）为接触连接。

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