CN109489951A - 一种针对液体静压主轴系统的加载装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对液体静压主轴系统的加载装置，设有1个液体静压主轴转子，1个滚动轴承，2个压力传感器，2个折返式直线电动缸,分别为径向折返式电动缸和轴向折返式电动缸，1个加载控制系统；所述液体静压主轴转子与滚动轴承的内圈过盈配合，滚动轴承的外圈分别与径向加载板和轴向加载板相联接，其中轴向加载板上有4个轴向加载触点，2个压力传感器分别安装在径向推力杆和轴向推力杆上并与加载控制系统相联接，用于实时检测加载力的大小。加载控制系统与2个折返式电动缸相联接，由加载控制系统控制折返式直线电动缸位移运动及推力大小，从而实现对主轴系统的径向和轴向实时加载。

Description

一种针对液体静压主轴系统的加载装置

技术领域

本发明设计了一种针对液体静压主轴系统的加载装置，尤其是设计一种液体静压主轴在工作过程中能在径向和轴向实时精确加载的装置。

背景技术

在精密和超精密加工过程中，液体静压主轴系统的径向刚度和轴向刚度的好坏在很大程度上影响着其加工精度。由于主轴系统在工作过程中会受到外界切削力变化、主轴系统中油膜波动而引起的振动以及主轴系统自身不平衡而引起的振动的影响，这些力都会造成主轴系统发生一定程度的变形，主轴系统的变形会对加工精度严重降低，对加工工件的质量造成不利的影响。因此，对主轴系统径向和轴向进行加载实验，测试主轴系统的刚度，这对提高主轴系统的刚度、稳定性以及加工质量具有重要意义。

液体静压主轴加载装置包括径向加载方式和轴向加载方式。加载装置的加载原理是将滚动轴承的内圈与液体静压主轴系统的转子过盈配合，滚动轴承的外圈与加载装置中的折返式电动缸联接在一起。通过控制折返式电动缸的位移运动可以实现对液体静压主轴进行实时精确加载。折返式电动缸是将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，同时可以实现精准位置控制、精准推力控制以及高精度直线运动控制。此外折返式电动缸具有可以进行双向运动以及节省空间等优点。

而压力传感器用来实时检测加载装置对主轴转子施加的压力大小。

发明内容

本发明是针对液体静压主轴系统在工作过程中径向和轴向加载，提供了一种对于液体静压主轴在工作过程中的加载装置，实现了静压主轴转子在工作过程中在径向和轴向可以实时精确加载，同时达到提高加工质量和为主轴工作性能的提高提供参考依据。

本发明采用的技术方案为一种针对液体静压主轴系统的加载装置，该装置设有1个液体静压主轴转子，1个滚动轴承，2个压力传感器，2个折返式直线电动缸，1个加载控制系统，1个径向加载板，1个径向加载推力杆，1个轴向加载板，4个轴向加载触点，1个轴向推力杆。所述液体静压主轴转子与滚动轴承的内圈过盈配合，滚动轴承的外圈分别于径向加载板和轴向加载板相联接，径向加载板和轴向加载板分别与相对应的推力杆相联接，2个压力传感器分别安装在径向加载推力杆和轴向加载推力杆上并与加载控制系统相联接，用于实时检测加载力的大小。加载控制系统与2个折返式电动缸相联接，由加载控制系统控制折返式直线电动缸位移运动及推力大小，从而实现对主轴系统的径向和轴向实时精确加载。

本发明具有以下突出优点：

(1)结构简单、操作方便。采用折返式电动缸作为动力源，将径向加载板和轴向加载板作为执行元件，把径向推力杆和轴向推力杆作为中间传力部件，通过控制折返式电动缸的运动来实现对主轴转子径向和轴向的加载。传动结构简单、避免了针对静压主轴系统设计复杂机械传动结构的弊端，通过控制折返式电动缸就可以实现加载。

(2)通用性好。此系统不仅适用于静压主轴，对于普遍的数控机床主轴及需加载测试的部件都有很高的通用价值。

(3)实时在线检测及控制功能。微型压力传感器对于压力变化有着非常高的灵敏度，可以对主轴转子工作状态时所受的压力实现精确测量。加载控制系统通过采集压力传感器信号和控制折返式电动缸的运动实现加载，加载控制系统是整个加载装置的至关重要的一个环节。

(4)精度高，稳定性好。折返式电动缸是将伺服电机与丝杠一体化设计的模块化产品，将伺服电机的旋转运动转换成直线运动，同时可以实现精准位置控制、精准推力控制以及高精度直线运动控制。使整个加载装置具备更稳定的可靠性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为轴向加载板的结构示意图；

图3为径向加载结构示意图；

在图中，1.主轴转子，2.径向加载板，3.滚动轴承，4.轴向加载板，5.电机支架，6.径向方向上折返式电动缸，7.径向推力杆，8.压力传感器，9.轴向推力杆，10.压力传感器，11.轴向方向上折返式电动缸，12.工作台，13.轴向加载板触点。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案作进一步的阐述。

图1所示，一种针对液体静压主轴系统的加载装置，该装置包括主轴转子1、径向加载板2、滚动轴承3、轴向加载板4、电机支架5、径向方向上折返式电动缸6、径向推力杆7、第一压力传感器8、轴向推力杆9、第二压力传感器10、轴向方向上折返式电动缸11和工作台12；电机带动液体静压主轴转子1作旋转运动，滚动轴承3的内圈与主轴转子1之间为过盈配合，径向加载板2和轴向加载板4与滚动轴承3的外圈相联接，径向加载板2和径向方向上折返式电动缸6之间通过径向推力杆7联接，并在径向推力杆7上装有第一压力传感器8，第一压力传感器8和径向方向上折返式电动缸6与加载控制系统相联接，轴向加载板4和轴向方向上折返式电动缸11之间通过轴向推力杆9联接，并在轴向推力杆9上装有第二压力传感器10，第二压力传感器10和轴向方向上折返式电动缸11与加载控制系统相联接，通过采集压力传感器的数据，加载控制系统控制折返式电动缸的方向和位移来实现对主轴转子的加载。径向方向上折返式电动缸6和轴向方向上折返式电动缸11安装在电机支架5上。

图2所示，在轴向加载板上均匀分布着四个加载触点，这些加载触点都与滚动轴承的外圈相接触，加载系统施加的轴向力通过这些触点传递到主轴转子上。

图3所示，径向加载装置示意图。由折径向方向上折返式电动缸6推动与之连接的径向推力杆7，径向推力杆推动径向加载板2，从而将力传递给主轴转子。在径向推力杆7上联接着第一压力传感器8，第一压力传感器8实时检测主轴转子所受压力情况。

本发明所述的压力传感器是一种可靠性好、测量范围宽、灵敏度高、分辨率高适用于高精度测量的微型压力传感器，可以实时检测主轴转子在径向和轴向所受到的压力。

本发明所述的加载控制系统可以实现在径向和轴向方向上的双向加载，径向加载范围是0-3000N，轴向加载范围是0-4500N。加载控制系统能精确地控制加载的压力大小及方向，可以实现精确加载。

所述控制系统具有压力快速识别和精确控制功能。

Claims (3)

1.一种针对液体静压主轴系统的加载装置，其特征在于：该装置包括主轴转子(1)、径向加载板(2)、滚动轴承(3)、轴向加载板(4)、电机支架(5)、径向方向上折返式电动缸(6)、径向推力杆(7)、第一压力传感器(8)、轴向推力杆(9)、第二压力传感器(10)、轴向方向上折返式电动缸(11)和工作台(12)；电机带动液体静压主轴转子(1)作旋转运动，滚动轴承(3)的内圈与主轴转子(1)之间为过盈配合，径向加载板(2)和轴向加载板(4)与滚动轴承(3)的外圈相联接，径向加载板(2)和径向方向上折返式电动缸(6)之间通过径向推力杆(7)联接，并在径向推力杆(7)上装有第一压力传感器(8)，第一压力传感器(8)和径向方向上折返式电动缸(6)与加载控制系统相联接，轴向加载板(4)和轴向方向上折返式电动缸(11)之间通过轴向推力杆(9)联接，并在轴向推力杆(9)上装有第二压力传感器(10)，第二压力传感器(10)和轴向方向上折返式电动缸(11)与加载控制系统相联接，通过采集压力传感器的数据，加载控制系统控制折返式电动缸的方向和位移来实现对主轴转子的加载；径向方向上折返式电动缸(6)和轴向方向上折返式电动缸(11)安装在电机支架(5)上。

2.根据权利要求1所述的一种针对液体静压主轴系统的加载装置，其特征在于：在轴向加载板上均匀分布着四个加载触点，这些加载触点都与滚动轴承的外圈相接触，加载系统施加的轴向力通过这些触点传递到主轴转子上。

3.根据权利要求1所述的一种针对液体静压主轴系统的加载装置，其特征在于：由径向方向上折返式电动缸(6)推动与之连接的径向推力杆(7)，径向推力杆推动径向加载板(2)，从而将力传递给主轴转子；在径向推力杆(7)上联接着第一压力传感器(8)，第一压力传感器(8)实时检测主轴转子所受压力情况。