CN107765637A - 用于机床高速电主轴的扭矩测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于测量装置技术领域，具体涉及一种用于机床高速电主轴的扭矩测量装置及测量方法。本发明所述的用于机床高速电主轴的扭矩测量装置，包括减速器、扭矩转速传感器和电力测功电机，所述减速器和所述扭矩转速传感器之间通过第一联轴器相连，以用于传递扭矩，所述扭矩转速传感器和所述电力测功电机之间通过第二联轴器相连，以用于扭矩加载，所述减速器的输入轴上设有第三联轴器，所述第三联轴器用于将所述减速器的输入轴与加载杆连接，所述加载杆能够与所述机床的电主轴相连。通过使用本发明所述的用于机床高速电主轴的扭矩测量装置及测量方法，可以有效的降低机床电主轴的转速并传递转矩，使扭矩的测量更加准确，且易于装配。

Description

用于机床高速电主轴的扭矩测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于测量装置技术领域，具体涉及一种用于机床高速电主轴的扭矩测量装置及测量方法。

背景技术

机床高速电主轴是采用高速切削技术的数控机床核心功能部件之一，其主要功能是实现机床的切削运动。它将机床的主轴与电机轴合二为一，实现了主运动系统的“零传动”。这种“零传动”不仅使高速电主轴具有了结构紧凑、转速高、易于平衡、传动效率高和定位准确等优点，而且简化了机床的传动与结构，提高了机床的动态灵敏度、加工精度和工作可靠性，满足了高速切削对机床“高速度、高精度、高可靠性及小振动”的要求。机床高速电主轴在高性能机床上的广泛应用，不仅大幅度地提高了加工效率，改善了产品质量，降低了生产成本，在为社会创造巨大物质财富的同时，更促进了新材料、新技术的推广与应用，带动了相关产业的发展。作为高速加工中心最关键的部件，其性能的好坏在很大程度上决定了整台高速机床的加工精度和生产效率，而高速电主轴的可靠性更是体现了整台机床在生产企业的可用性，高速电主轴在高速运转状态下的扭矩输出是高速电主轴的主要性能之一。因此，需要设计一种扭矩试验装置来测量高速电主轴在高速运转情况下的扭矩输出情况。

目前国内研究机构对高速电主轴扭矩的测量大多是基于独立的电主轴利用测功电机直接加载，并通过扭矩传感器直接测量高速电主轴的输出扭矩和转速，这对同轴度的要求比较高，且很难达到高速的要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述存在的至少一个问题，该目的是通过以下技术方案实现的。

本发明提出了一种用于机床高速电主轴的扭矩测量装置，其中包括减速器、扭矩转速传感器和电力测功电机，所述减速器和所述扭矩转速传感器之间通过第一联轴器相连，以用于传递扭矩，所述扭矩转速传感器和所述电力测功电机之间通过第二联轴器相连，以用于扭矩加载，所述减速器的输入轴上设有第三联轴器，所述第三联轴器用于将所述减速器的输入轴与加载杆连接，所述加载杆能够与所述机床的电主轴相连。

进一步地，还包括安装架，所述减速器通过螺栓连接固定于所述安装架上，所述扭矩转速传感器通过传感器支架固定于所述安装架上，所述电力测功电机通过电机支架固定于所述安装架上。

进一步地，所述安装架包括支撑板、支架和滚轮，所述支撑板与所述机床工作台平面平行设置，所述减速器、所述扭矩转速传感器和所述电力测功电机固定设于所述支撑板上，所述支撑板固定设于所述支架的上方，所述支架的下方设有滚轮，通过驱动所述滚轮能够移动所述安装架。

进一步地，所述安装架还包括筋板和保护罩，所述筋板垂直设于所述支撑板的上方，所述保护罩能够通过螺栓连接设于所述筋板的上方，且所述扭矩转速传感器和所述电力测功电机能够设于所述保护罩和所述筋板构成的空间内。

进一步地，还包括底板和角铁，所述底板通过地脚螺栓固定于地面上，所述角铁设于所述底板上，所述安装架设于所述底板上并通过所述角铁进行固定。

进一步地，所述角铁上还设有调节螺钉，通过转动所述调节螺钉能够调整所述安装架在水平面内的位置从而调整所述减速器的输入轴与所述加载杆的同轴度，并且所述调节螺钉能够对所述安装架进行固定。

进一步地，所述第一联轴器是膜片联轴器。

进一步地，所述第二联轴器是梅花联轴器。

进一步地，所述第三联轴器是花键联轴器。

本发明还提出了一种用于机床高速电主轴的扭矩测量方法，根据上述所述的扭矩测量装置进行实施，其中包括以下步骤：

将所述加载杆的一端通过所述第三联轴器与所述减速器的输入轴相连，将所述加载杆的另一端与所述机床的电主轴相连；

启动所述机床，所述机床的电主轴带动所述加载杆高速旋转，所述加载杆的高速转动通过所述减速器的换向减速作用传递给所述扭矩转速传感器，同时，所述电力测功电机提供负载；

读取所述扭矩转速传感器和所述电力测功电机的测量值；

通过调整所述机床的电主轴的转速和/或所述电力测功电机提供的负载，读取不同状态下的所述扭矩转速传感器和所述电力测功电机的测量值，得出转速扭矩特性曲线图并进行分析。

通过使用本发明所述的用于机床高速电主轴的扭矩测量装置及测量方法，可以有效的降低机床电主轴的转速并传递转矩，使扭矩的测量更加准确，且易于装配，此外，可对高达24000rpm的数控机床主轴进行扭矩加载实验。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例的整体结构示意图；

图2为图1中安装架的正面结构示意图；

图3为图2中安装架的侧面结构示意图。

10：减速器；

20：扭矩转速传感器；

30：电力测功电机；

41：第一联轴器、42：第二联轴器、43：第三联轴器、44：加载杆；

50：安装架、51：支撑板、52：支架、53：滚轮、54：筋板；

61：传感器支架、62：电机支架；

70：底板；

80：角铁；

90：机床、91：电主轴。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

图1为本发明实施例的整体结构示意图。如图1所示，本实施例中的扭矩测量装置包括减速器10、扭矩转速传感器20和电力测功电机30，减速器10和扭矩转速传感器20之间通过第一联轴器41相连，以用于传递扭矩，扭矩转速传感器20和电力测功电机30之间通过第二联轴器42相连，以用于扭矩加载，减速器10的输入轴上设有第三联轴器43，第三联轴器43用于将减速器10的输入轴与加载杆44连接，加载杆44能够与机床90的电主轴91相连。

本实施例中，第一联轴器41是膜片联轴器，第二联轴器42是梅花联轴器，第三联轴器43是花键联轴器。

加载杆44的上端通过连接刀柄与机床90的电主轴91建立连接，减速器10和加载杆44之间通过花键联轴器进行连接，从而保证较高的同轴性，以保证机床90的电主轴91连接减速器10后在共同运行过程中的动平衡。

减速器10实现了减速和换向两个功能，通过减速器10将机床90的电主轴91的高转速以一定的减速比降到低转速，利用电力测功电机30施加扭矩，并通过扭矩转速传感器20对机床90的电主轴91的输出扭矩和转速进行测量，这样的结构设计有效的利用了机床90的工作平台上的有限空间。减速器10与扭矩转速传感器20之间通过膜片联轴器进行连接，实现了扭矩的传递，扭矩转速传感器20与电力测功电机30之间通过梅花联轴器相连，实现了扭矩的加载。减速器10的输出轴、扭矩转速传感器20的输入轴和输出轴、以及电力测功电机30的输入轴之间要保持很高的同轴度以保证高速旋转过程中的动平衡。

机床90的电主轴91的试验转速能够直接通过机床90进行控制，电力测功电机30提供的扭矩载荷能够通过电机测功驱动器进行控制，通过测功集成及控制系统或者能量反馈装置，可以实现电能回馈电网的功能，达到能量再利用的目的。

进一步地，减速器10通过螺栓连接固定于安装架50上，扭矩转速传感器20通过传感器支架61固定于安装架50上，电力测功电机30通过电机支架62固定于安装架50上。其中，传感器支架61和电机支架62均通过螺栓连接固定于安装架50上。

图2为图1中安装架50的正面结构示意图。图3为图2中安装架50的侧面结构示意图。如图2、图3所示，安装架50包括支撑板51、支架52和滚轮53，支撑板51与机床90的工作台平面平行设置，减速器10、扭矩转速传感器20和电力测功电机30固定设于支撑板51上，支撑板51固定设于支架52的上方，支架52的下方设有滚轮53，通过驱动滚轮53能够移动安装架50。

其中，支架52为方管架，滚轮53为福马轮。方管架与支撑板51之间采用焊接连接，方管架是整个安装架50中起主要支撑作用的部件。方管架的底部设有4个福马轮，用于安装架50的移动和安装。

进一步地，安装架50还包括筋板54和保护罩，筋板54垂直设于支撑板51的上方，保护罩能够通过螺栓连接设于筋板54的上方，且扭矩转速传感器20和电力测功电机30能够设于保护罩和筋板54构成的空间内。保护罩与筋板54通过螺钉进行连接，在机床90的电主轴91的扭矩加载试验运行过程中起到保护作用。筋板54与支撑板51之间采用手工电弧焊进行焊接，对支撑板51的支撑起到加强作用，提高了安装架50的刚性。

进一步地，还包括底板70和角铁80，底板70通过地脚螺栓固定于地面上，角铁80设于底板70上，安装架50设于底板70上并通过角铁80进行固定。

进一步地，角铁80上还设有调节螺钉，通过转动调节螺钉能够调整安装架50在水平面内的位置，从而调整减速器10的输入轴与加载杆44的同轴度。同时，通过调节角铁80上的调节螺钉能够对安装架50进行固定，以保证在机床90的电主轴91在运转过程中安装架50的稳定性。

本发明还提出了一种用于机床高速电主轴的扭矩测量方法，根据上述所述的扭矩测量装置进行实施，包括以下步骤：

将加载杆44的一端通过第三联轴器43与减速器10的输入轴相连，将加载杆44的另一端与机床90的电主轴91相连。

启动机床90，机床90的电主轴91带动加载杆44高速旋转，加载杆44的高速转动通过减速器10的减速换向作用传递给扭矩转速传感器20，同时，电力测功电机30提供负载。

读取扭矩转速传感器20和电力测功电机30的测量值。

通过调整机床90的电主轴91的转速和/或电力测功电机30提供的负载，读取不同状态下的扭矩转速传感器20和电力测功电机30的测量值，得出转速扭矩特性曲线图并进行分析。

通过使用本发明所述的用于机床高速电主轴的扭矩测量装置及测量方法，可以有效的降低机床电主轴的转速并传递转矩，使扭矩的测量更加准确，且易于装配，此外，可对高达24000rpm的数控机床主轴进行扭矩加载实验。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.用于机床高速电主轴的扭矩测量装置，其特征在于，包括减速器、扭矩转速传感器和电力测功电机，所述减速器和所述扭矩转速传感器之间通过第一联轴器相连，以用于传递扭矩，所述扭矩转速传感器和所述电力测功电机之间通过第二联轴器相连，以用于扭矩加载，所述减速器的输入轴上设有第三联轴器，所述第三联轴器用于将所述减速器的输入轴与加载杆连接，所述加载杆能够与所述机床的电主轴相连。

2.根据权利要求1所述的扭矩测量装置，其特征在于，还包括安装架，所述减速器通过螺栓连接固定于所述安装架上，所述扭矩转速传感器通过传感器支架固定于所述安装架上，所述电力测功电机通过电机支架固定于所述安装架上。

3.根据权利要求2所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述安装架包括支撑板、支架和滚轮，所述支撑板与所述机床工作台平面平行设置，所述减速器、所述扭矩转速传感器和所述电力测功电机固定设于所述支撑板上，所述支撑板固定设于所述支架的上方，所述支架的下方设有滚轮，通过驱动所述滚轮能够移动所述安装架。

4.根据权利要求3所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述安装架还包括筋板和保护罩，所述筋板垂直设于所述支撑板的上方，所述保护罩能够通过螺栓连接设于所述筋板的上方，且所述扭矩转速传感器和所述电力测功电机能够设于所述保护罩和所述筋板构成的空间内。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的扭矩测量装置，其特征在于，还包括底板和角铁，所述底板通过地脚螺栓固定于地面上，所述角铁设于所述底板上，所述安装架设于所述底板上并通过所述角铁进行固定。

6.根据权利要求5所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述角铁上还设有调节螺钉，通过转动所述调节螺钉能够调整所述安装架在水平面内的位置从而调整所述减速器的输入轴与所述加载杆的同轴度，并且所述调节螺钉能够对所述安装架进行固定。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述第一联轴器是膜片联轴器。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述第二联轴器是梅花联轴器。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的扭矩测量装置，其特征在于，所述第三联轴器是花键联轴器。

10.一种用于机床高速电主轴的扭矩测量方法，根据权利要求1-9中任一项所述的扭矩测量装置进行实施，其特征在于，包括以下步骤：

将所述加载杆的一端通过所述第三联轴器与所述减速器的输入轴相连，将所述加载杆的另一端与所述机床的电主轴相连；

启动所述机床，所述机床的电主轴带动所述加载杆高速旋转，所述加载杆的高速转动通过所述减速器的换向减速作用传递给所述扭矩转速传感器，同时，所述电力测功电机提供负载；

读取所述扭矩转速传感器和所述电力测功电机的测量值；

通过调整所述机床的电主轴的转速和/或所述电力测功电机提供的负载，读取不同状态下的所述扭矩转速传感器和所述电力测功电机的测量值，得出转速扭矩特性曲线图并进行分析。