CN109443725A - 一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构 - Google Patents

一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构 Download PDF

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Abstract

一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构，包括加载组件和调整组件，加载组件安装在调整组件上；加载组件包括反力支撑筒、应力加载筒及压电陶瓷；反力支撑筒套装在应力加载筒外部，应力加载筒在反力支撑筒内具有轴向移动自由度；压电陶瓷连接在反力支撑筒筒底内表面与应力加载筒筒底外表面之间；应力加载筒的筒口采用弧面结构，应力加载筒的筒口弧度与待测电主轴的外表面弧度相同；压电陶瓷数量若干，若干压电陶瓷在反力支撑筒筒底内表面与应力加载筒筒底外表面之间均布设置；在反力支撑筒的筒口上安装有应力传感器，应力传感器与待测电主轴的外表面接触配合；应力加载筒数量若干，若干应力加载筒的筒口弧度各不相同。

Description

一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构
技术领域
本发明属于电主轴性能测试技术领域，特别是涉及一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构。
背景技术
电主轴是数控机床中带动工件或刀具旋转的轴，通常由润滑系统、轴承系统、定转子系统、冷却系统等组成，作为数控机床中的关键部件，电主轴的动态性能将直接影响高速加工精度和加工效率。
为了获取电主轴的动态性能，需要对电主轴进行性能测试，其中就包括对运转电机轴进行加载试验，通过加载试验可以获得电主轴在各种运行情况下的动态性能参数，能够更加准确的反映出电主轴的实际工况。
由于电主轴工作处于高速旋转状态，通常不能随意更改其加载工况，因此加载试验的实施难度较高。目前，电主轴加载试验主要采用对拖式，需要准备一台与电主轴轴径相同的测功机，并利用联轴器进行对拖，其对电主轴的加载应力很难保证精度要求，而且测功机操作和移动都非常不便，对于轴径不同的电主轴来说，还需要准备多套测功机，导致整体加载效率低下。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构，能够大幅度提高加载精度和加载效率，结构更加简单，且操作和移动更加方便，对于轴径不同的电主轴来说，只需一套加载机构就可满足加载需要。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构，包括加载组件和调整组件，加载组件安装在调整组件上；所述加载组件包括反力支撑筒、应力加载筒及压电陶瓷；所述反力支撑筒套装在应力加载筒外部，应力加载筒在反力支撑筒内具有轴向移动自由度；所述压电陶瓷连接在反力支撑筒筒底内表面与应力加载筒筒底外表面之间；所述应力加载筒的筒口采用弧面结构，应力加载筒的筒口弧度与待测电主轴的外表面弧度相同。
所述压电陶瓷数量若干，若干压电陶瓷在反力支撑筒筒底内表面与应力加载筒筒底外表面之间均布设置。
在所述反力支撑筒的筒口上安装有应力传感器，应力传感器与待测电主轴的外表面接触配合。
所述应力加载筒数量若干，若干应力加载筒的筒口弧度各不相同。
所述调整组件包括底座、X向丝杠、X向驱动电机、X向滑移立柱、Z向液压缸、Z向升降滑块、Y向丝杠、Y向驱动电机、Y向丝母滑块及Y向光杆；在所述底座上设置有X向滑槽，所述X向丝杠通过轴承水平安装在X向滑槽内，X向丝杠与X向滑槽相平行；所述X向丝杠一端延伸至X向滑槽外部，所述X向驱动电机的电机轴通过联轴器与X向丝杠相固连；所述X向滑移立柱位于X向滑槽内，在X向滑移立柱底部开设有螺纹孔，所述X向丝杠从X向滑移立柱底部螺纹孔中穿过，X向丝杠与X向滑移立柱底部螺纹孔进行螺纹配合；所述X向滑移立柱相对于X向滑槽具有直线移动自由度；在所述X向滑移立柱上开设有Z向滑槽，所述Z向液压缸竖直安装在Z向滑槽内，所述Z向升降滑块固装在Z向液压缸的活塞杆顶端，Z向升降滑块相对于Z向滑槽具有直线移动自由度；在所述Z向升降滑块上开设有Y向丝杠穿装孔，所述Y向驱动电机固装在Y向丝杠穿装孔的一侧孔口，所述Y向丝杠一端穿过Y向丝杠穿装孔与Y向驱动电机的电机轴相固连；所述Y向光杆一端固连在Z向升降滑块上，Y向光杆另一端与Y向丝杠另一端通过限位挡板相固连；所述Y向丝杠与Y向光杆相平行且水平设置；所述Y向丝母滑块上开设有光孔和螺纹孔，所述Y向光杆从Y向丝母滑块的光孔中穿过，所述Y向丝杠从Y向丝母滑块的螺纹孔中穿过，Y向丝杠与Y向丝母滑块的螺纹孔进行螺纹配合；所述Y向丝母滑块相对于Y向光杆具有直线移动自由度；所述加载组件的反力支撑筒与Y向丝母滑块相固连，反力支撑筒的中轴线与Y向光杆相平行。
在所述底座的下表面设置有永磁体镶块，在底座上还设置有工装孔。
本发明的有益效果：
本发明的基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构，能够大幅度提高加载精度和加载效率，结构更加简单，且操作和移动更加方便，对于轴径不同的电主轴来说，只需一套加载机构就可满足加载需要。
附图说明
图1为本发明的一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构的正视图；
图2为本发明的一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构的俯视图；
图3为本发明的一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构的侧视图；
图4为本发明的加载组件结构示意图；
图中，1—反力支撑筒，2—应力加载筒，3—压电陶瓷，4—应力传感器，5—底座，6—X向丝杠，7—X向驱动电机，8—X向滑移立柱，9—Z向液压缸，10—Z向升降滑块，11—Y向丝杠，12—Y向驱动电机，13—Y向丝母滑块，14—Y向光杆，15—X向滑槽，16—Z向滑槽，17—限位挡板，18—永磁体镶块，19—工装孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～4所示，一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构，包括加载组件和调整组件，加载组件安装在调整组件上；所述加载组件包括反力支撑筒1、应力加载筒2及压电陶瓷3；所述反力支撑筒1套装在应力加载筒2外部，应力加载筒2在反力支撑筒1内具有轴向移动自由度；所述压电陶瓷3连接在反力支撑筒1筒底内表面与应力加载筒2筒底外表面之间；所述应力加载筒2的筒口采用弧面结构，应力加载筒2的筒口弧度与待测电主轴的外表面弧度相同。
所述压电陶瓷3数量若干，若干压电陶瓷3在反力支撑筒1筒底内表面与应力加载筒2筒底外表面之间均布设置。
在所述反力支撑筒1的筒口上安装有应力传感器4，应力传感器4与待测电主轴的外表面接触配合。
所述应力加载筒2数量若干，若干应力加载筒2的筒口弧度各不相同。
所述调整组件包括底座5、X向丝杠6、X向驱动电机7、X向滑移立柱8、Z向液压缸9、Z向升降滑块10、Y向丝杠11、Y向驱动电机12、Y向丝母滑块13及Y向光杆14；在所述底座5上设置有X向滑槽15，所述X向丝杠6通过轴承水平安装在X向滑槽15内，X向丝杠6与X向滑槽15相平行；所述X向丝杠6一端延伸至X向滑槽15外部，所述X向驱动电机7的电机轴通过联轴器与X向丝杠6相固连；所述X向滑移立柱8位于X向滑槽15内，在X向滑移立柱8底部开设有螺纹孔，所述X向丝杠6从X向滑移立柱8底部螺纹孔中穿过，X向丝杠6与X向滑移立柱8底部螺纹孔进行螺纹配合；所述X向滑移立柱8相对于X向滑槽15具有直线移动自由度；在所述X向滑移立柱8上开设有Z向滑槽16，所述Z向液压缸9竖直安装在Z向滑槽16内，所述Z向升降滑块10固装在Z向液压缸9的活塞杆顶端，Z向升降滑块10相对于Z向滑槽16具有直线移动自由度；在所述Z向升降滑块10上开设有Y向丝杠穿装孔，所述Y向驱动电机12固装在Y向丝杠穿装孔的一侧孔口，所述Y向丝杠11一端穿过Y向丝杠穿装孔与Y向驱动电机12的电机轴相固连；所述Y向光杆14一端固连在Z向升降滑块10上，Y向光杆14另一端与Y向丝杠11另一端通过限位挡板17相固连；所述Y向丝杠11与Y向光杆14相平行且水平设置；所述Y向丝母滑块13上开设有光孔和螺纹孔，所述Y向光杆14从Y向丝母滑块13的光孔中穿过，所述Y向丝杠11从Y向丝母滑块13的螺纹孔中穿过，Y向丝杠11与Y向丝母滑块13的螺纹孔进行螺纹配合；所述Y向丝母滑块13相对于Y向光杆14具有直线移动自由度；所述加载组件的反力支撑筒1与Y向丝母滑块13相固连，反力支撑筒1的中轴线与Y向光杆14相平行。
在所述底座5的下表面设置有永磁体镶块18，在底座5上还设置有工装孔19。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
根据待测电主轴的表面弧度，选取合适的应力加载筒2，并将选好的应力加载筒2安装到反力支撑筒1内。
将加载机构整体移动到机床的工作台上，通过调整组件使应力加载筒2的筒口准确贴合到电主轴轴端外表面。
如果该机床的工作台具备电磁吸盘功能，则通过电磁吸盘功能将加载机构固定到工作台上，如果该机床的工作台不具备电磁吸盘功能，则直接由底座5下表面的永磁体镶块18将加载机构与工作台磁吸固定到一起。
如果永磁体镶块18的磁吸力还不足以保证加载机构的固定强度，则可以选择工装孔19并配合螺纹和压板将加载机构与工作台进行固定。
当加载机构固定好后，且应力加载筒2的筒口也已经准确贴合到电主轴外表面时，便可以启动电主轴，使电主轴高速旋转，此时压电陶瓷3通电，使压电陶瓷3产生轴向伸长，通过压电陶瓷3顶推应力加载筒2，并由应力加载筒2对电主轴施加应力，而加载的应力可通过应力传感器4进行实时获取。
在加载过程中，只需调整压电陶瓷3的伸长量即可改变加载应力的大小，从而实现高精度加载和高效加载。
当需要对其他轴径的电主轴进行加载时，只需更换相应的应力加载筒2即可，且加载机构的操作和移动也更加方便。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (6)

1.一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构，其特征在于：包括加载组件和调整组件，加载组件安装在调整组件上；所述加载组件包括反力支撑筒、应力加载筒及压电陶瓷；所述反力支撑筒套装在应力加载筒外部，应力加载筒在反力支撑筒内具有轴向移动自由度；所述压电陶瓷连接在反力支撑筒筒底内表面与应力加载筒筒底外表面之间；所述应力加载筒的筒口采用弧面结构，应力加载筒的筒口弧度与待测电主轴的外表面弧度相同。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构，其特征在于：所述压电陶瓷数量若干，若干压电陶瓷在反力支撑筒筒底内表面与应力加载筒筒底外表面之间均布设置。
3.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构，其特征在于：在所述反力支撑筒的筒口上安装有应力传感器，应力传感器与待测电主轴的外表面接触配合。
4.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构，其特征在于：所述应力加载筒数量若干，若干应力加载筒的筒口弧度各不相同。
5.根据权利要求1所述的一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构，其特征在于：所述调整组件包括底座、X向丝杠、X向驱动电机、X向滑移立柱、Z向液压缸、Z向升降滑块、Y向丝杠、Y向驱动电机、Y向丝母滑块及Y向光杆；在所述底座上设置有X向滑槽，所述X向丝杠通过轴承水平安装在X向滑槽内，X向丝杠与X向滑槽相平行；所述X向丝杠一端延伸至X向滑槽外部，所述X向驱动电机的电机轴通过联轴器与X向丝杠相固连；所述X向滑移立柱位于X向滑槽内，在X向滑移立柱底部开设有螺纹孔，所述X向丝杠从X向滑移立柱底部螺纹孔中穿过，X向丝杠与X向滑移立柱底部螺纹孔进行螺纹配合；所述X向滑移立柱相对于X向滑槽具有直线移动自由度；在所述X向滑移立柱上开设有Z向滑槽，所述Z向液压缸竖直安装在Z向滑槽内，所述Z向升降滑块固装在Z向液压缸的活塞杆顶端，Z向升降滑块相对于Z向滑槽具有直线移动自由度；在所述Z向升降滑块上开设有Y向丝杠穿装孔，所述Y向驱动电机固装在Y向丝杠穿装孔的一侧孔口，所述Y向丝杠一端穿过Y向丝杠穿装孔与Y向驱动电机的电机轴相固连；所述Y向光杆一端固连在Z向升降滑块上，Y向光杆另一端与Y向丝杠另一端通过限位挡板相固连；所述Y向丝杠与Y向光杆相平行且水平设置；所述Y向丝母滑块上开设有光孔和螺纹孔，所述Y向光杆从Y向丝母滑块的光孔中穿过，所述Y向丝杠从Y向丝母滑块的螺纹孔中穿过，Y向丝杠与Y向丝母滑块的螺纹孔进行螺纹配合；所述Y向丝母滑块相对于Y向光杆具有直线移动自由度；所述加载组件的反力支撑筒与Y向丝母滑块相固连，反力支撑筒的中轴线与Y向光杆相平行。
6.根据权利要求5所述的一种基于压电陶瓷的高精度电主轴加载机构，其特征在于：在所述底座的下表面设置有永磁体镶块，在底座上还设置有工装孔。
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