CN109932177A - 一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械试验设备技术领域，公开了一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置；包括主轴安装固定模块、侧向扭矩加载模块、万向回转加载模块、检测模块；主轴安装固定模块包括电主轴和载力轴；载力轴与电主轴通过通用的配合锥面与拉刀机构固定连接；侧向扭矩加载模块包括扭矩施加部分和径向力补偿部分；扭矩施加部分包括测功机；径向力补偿部分包括径向力补偿装置；万向回转加载模块中的回转支撑体与载力轴空间上同轴布置；检测模块包括径向跳动检测装置、轴向位移检测装置；本发明解决现有相关设备只能静态调整加载方向的问题，实现对电主轴施加动态力的同时，持续改变加载力方向的功能。

Description

一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置

技术领域

本发明属于机械试验设备技术领域，具体涉及一种可对镗床电主轴实现任意角度动态力回转加载的可靠性试验装置。

背景技术

电主轴是数控机床的重要功能部件，其可靠性水平直接影响数控机床整机的可靠性。镗床是一种多用于孔类零件加工的数控机床，其特点在于镗床电主轴工况受力方向变化频繁，尤其是在镗铣直径较大的孔时，电主轴所受的动态加载力是回转式的。另外，在加工工况中，电主轴轴体多呈单端支撑的悬臂梁形式。

开展可靠性台架试验，激发、暴露试验对象潜在缺陷是提高产品可靠性的重要手段。目前，国内外可对电主轴进行模拟工况试验的可靠性试验设备有很多，但多数没有考虑模拟工况中，动态加载力方向时刻变化以及主轴轴体所处悬臂梁状态的问题，这种情况在镗铣大直径深孔时尤为明显。

发明内容

本发明提出一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置，针对模拟工况加载时，动态加载力方向频繁变化的问题，提出解决方案。

镗床在加工直径较大或深长孔时，电主轴除了自身旋转提供满足要求的切削力外，还需进行绕孔回转运动，这就造成电主轴切削时所受载荷应力在方向上呈现时刻变化的特点。现有的可靠性试验装置大多仅考虑加载头静态角度变化问题，没有实现加载时受力点相对于主轴轴体方向时刻变化的功能。在加工工况中，电主轴轴体多处于单端支撑的悬臂梁状态，现有装置的扭矩施加结构往往改变主轴的支撑形式，破坏了单端支撑的特点。此外，现有装置多是单点加载，与实际加工中刀具是一段刀刃的加工情况不符。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置，包括主轴安装固定模块、侧向扭矩加载模块、万向回转加载模块、检测模块；

所述主轴安装固定模块包括电主轴2和载力轴32；

所述载力轴32与电主轴2通过通用的配合锥面与拉刀机构固定连接；

所述侧向扭矩加载模块包括扭矩施加部分和径向力补偿部分；

所述扭矩施加部分包括测功机10、测功机带轮83、双槽带轮84；

双槽带轮84安装在载力轴32上，皮带绕过双槽带轮84上靠近主轴一侧的带槽中与测功机10输出轴上的测功机带轮83连接，测功机10输出的扭矩由皮带传递至载力轴32上；

所述径向力补偿部分包括径向力补偿装置12；

所述径向力补偿装置12上的补偿带轮85与双槽带轮84的另一带槽皮带连接；

所述万向回转加载模块中的回转支撑体与载力轴32空间上同轴布置；

所述的检测模块包括径向跳动检测装置7、轴向位移检测装置8；所述径向跳动检测装置7固定在电主轴2轴体上；所述轴向位移检测装置8固定于地平铁1上。

技术方案中所述万向回转加载模块包括回转支撑体、角度调节及动态力施加机构；

所述回转支撑体包括主套体16、主衔接套筒17、1号同步带轮18、旋转接头支轴25、受载套筒28、轴承组29、电机支架35、径向角度调节电机36、径向调节小齿轮37、回转驱动电机38、2号同步带轮40；

所述主套体16左侧凸盘四周通过螺栓与衔接套筒17固定，衔接套筒17上设有凹槽，1号同步带轮18通过键连接固定于衔接套筒17上，所述主套体16右端凸盘与旋转接头支轴25螺栓连接；

所述回转驱动电机38上的2号同步带轮40与1号同步带轮18通过同步带连接；

所述受载套筒28内壁与轴承组29外圈过盈配合，所述受载套筒28与主套体16同心安装，但无直接接触；

所述轴承组29内圈与载力轴32过盈配合；

所述受载套筒28的外圈上设有弧形槽，与角度调节及动态力施加机构中的线弧面加载头59的弧面相配合；

电机支架35通过螺栓安装于主套体16下端的凸台上，径向角度调节电机36固定于电机支架35上，径向角度调节电机36输出轴上安装有径向调节小齿轮37。

技术方案中所述的角度调节及动态力施加机构还包括环形导轨34、左支撑盘41、右支撑盘42、径向调节齿圈43、液压缸48、伺服控制阀49、液压杆50、轴向角度电机51、3号同步带轮52、传动板53、水平仪54、力传感器55、球头活动杆56、梯形块57、小限位板58、导向旋转轴60、限位卡盘61、连接台62、限位圆盘63、支撑块64、导轨65、丝杠66、径向导轨70、弧形连接板71；

两条环形导轨34固定于主套体16的周向上，右支撑盘42上设有键槽，径向调节齿圈43通过键连接在右支撑盘42上，径向调节齿圈43与径向调节小齿轮37啮合；

左右支撑盘的内圆壁与主套体16配合，接触面可满足左右支撑盘与主套体16小角度转动；

梯形块57下端螺栓连接的是线弧面加载头59，线弧面加载头59的弧面与受载套筒28的凹弧面配合；

左右支撑盘每侧分别由一条丝杠66、一条导轨65连接，支撑块64通过螺纹孔和通孔分别与丝杠66和导轨65连接；

支撑块64上设有液压缸安装口，导向旋转轴60置于安装口中，限位卡盘61上的通孔与支撑块64安装口中的螺纹孔对应连接，将导向旋转轴60限制在安装口中，限位卡盘61只限制导向旋转轴60空间上的5个自由度，保留一个旋转自由度；导向旋转轴60的长轴部分穿过连接台62的中心通孔，使导向旋转轴60的轴向切口面与限位圆盘63中心孔的横平面配合上，导向旋转轴60的长轴上设有通孔，使用销限制其与连接台62的脱开；

支撑块64上的液压缸安装口旁设计有电机安装口，轴向角度电机51安装于此口中，并由四周的安装孔固定；电机轴端连接3号同步带轮52，通过同步带与连接台62外侧同步齿圈啮合传动；

横跨主套体16两端的是一块传动板53，传动板53上端固定有水平仪54，用作检测和反馈加载力在轴向和径向上的角度大小；传动板53的下端直连一个力传感器55，用以检测和反馈施加的动态力的频率和大小；

球头活动杆56杆状一端连接至力传感器上55，球头端与梯形块57上的球形槽面配合，小限位板58将球头活动杆56与梯形块57的角度调整方向限制在轴向上；

支撑块64之间使用弧形连接板71连接，弧形连接板71的导向凸台与径向导轨70的导槽配合，径向导轨70后端的弧形凸台与主套体16上环形导轨34中的导槽配合。

技术方案中所述万向回转加载模块还包括防绕线装置；所述的防绕线装置包括旋转接头26，将油路和电线接入旋转接头26的转子部分；

所述旋转接头26的转子部分套在旋转接头支轴25的凸轴上，旋转接头26的定子部分通过支架27与回转支撑体中的载力装置支撑台6固定连接。

技术方案中所述回转支撑体还包括载力装置支撑台6、左轴承19、左支撑架20、左轴承盖21、右支撑架22、右轴承23、过渡盘24、卡环30、右定位环31、左定位环33；

所述左轴承19的内圈与衔接套筒17阶梯轴面过盈配合，由衔接套筒17的阶梯轴端面限定其内圈位置；左轴承19的外圈与左支撑架20内圆壁过盈配合，外圈右侧由左支撑架20的限位面进行定位，左侧由左轴承盖21限位面限定；左支撑架20与左轴承盖21通过螺栓连接，且通过螺栓连接在载力装置支撑台6上；

右支撑架22内圆壁与右轴承23外圈过盈配合；右轴承23的外圈左侧由右支撑架22的限位面定位，右侧由过渡盘24上的限位端面限定，内圈由旋转接头支轴25的阶梯端面限位；右支撑架22与过渡盘24螺栓相连，右支撑架22底座通过螺栓固定于载力装置支撑台6上；

轴承组29内圈左侧由载力轴32上的阶梯轴端面定位，右侧由卡环30限制定位，右定位环31与受载套筒28螺栓连接，左定位环33与受载套筒28螺栓连接，左定位环33上的限位面限制轴承组29外圈左侧的位置。

技术方案中所述镗床电主轴万向回转加载装置还包括辅助模块；所述的辅助模块包括地平铁1，上位机14，液压站15；

所述上位机14放置于地平铁1一侧，用于各项指标的监测与系统的总体控制；液压站15置于地平铁后侧，用于电主轴2和万向回转加载装置5的油路供给。

技术方案中所述的轴向位移检测装置8中，两条轴向导轨76安装在轴向检测支撑台9上,每条导轨上安装两块滑块77，四块滑块77共同支撑主支撑板78，主支撑板78上螺栓固定有高度支架79，高度支架79上固定XY微调工作台80，副支撑板89将激光干涉仪81与XY微调工作台80连接。XY微调工作台80可调整激光干涉仪81空间中Y和Z轴的方向，使激光干涉仪81能检测载力轴32端面跳动情况。

技术方案中所述的径向跳动检测装置7包括0号圆形支架72和1号圆形支架721，0至3号连接块73、731、732、733，0号延伸板74和1号延伸板741，0号激光位移传感器75和1号激光位移传感器751，0至3号旋调固定轴82、821、822、823；

所述的径向跳动检测装置7中，0号和1号圆形支架72、721通过0至3号连接块73、731、732、733相对连接，0至3号旋调固定轴82、821、822、823上的螺纹部分分别与0至3号连接块73、731、732、733的螺纹孔配合上，使得径向跳动检测装置7与电主轴2轴体相对固定。0号圆形支架72上呈90度的方向安装0号和1号延伸板74、741，0号和1号激光位移传感器75、751分别固定于0号和1号延伸板74、741上，调整传感器的位置，使之能照射至载力轴32的检测部分。

本发明的有益效果为：

1、本发明重点考虑镗床电主轴加工时所受动态力方向变化的问题，设计出可模拟工况中动态力加载方向持续变化的万向回转加载模块，解决现有相关设备只能静态调整加载方向的问题。实现对电主轴施加动态力的同时，持续改变加载力方向的功能。本发明采用加载单元绕主轴转动的形式，填补了相关领域的空白。

2、本发明在进行工况模拟时，保证了主轴悬臂梁的状态，现有的试验装置在进行主轴扭矩施加时，多是将扭矩施加装置与主轴轴体端部连接，形成两端支撑的形式，破坏了主轴在实际加工中单端受力形式。本发明将扭矩施加装置与电主轴并联组合，保证了主轴单端受力的形式。同时，设计了径向力补偿装置，解决同向并联结构中皮带预紧力给电主轴造成额外负载的问题。

3、实际切削中，电主轴受力往往是一段刀刃，而不是某一受力点。本发明区别于现有装置使用单点加载的方式，采用线性加载头实现动态力的线性加载。更为真实地模拟出电主轴工作时的受力状况。同时，使用旋转接头解决加载装置回转加载时的油路和电线的绕线问题。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明所述的一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置的轴侧投影图；

图2为本发明所述的一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置部分结构轴测图；

图3为本发明所述的万向回转加载模块轴测图；

图4为本发明所述的万向回转加载模块支撑体的部分爆炸图；

图5为本发明所述的万向回转加载模块支撑体的部分爆炸图；

图6为本发明所述的万向调节机构爆炸图；

图7为本发明所述的侧向扭矩加载模块和检测模块轴测图；

图8为本发明所述的轴向位移检测装置轴测图；

图9为本发明所述的径向跳动检测装置轴测图；

图10为本发明所述的径向力补偿装置轴测图；

图中：

1.地平铁，2.电主轴，3.主轴抱闸机构，4.电主轴支撑台，5.万向回转加载模块，6.载力装置支撑台，7.径向跳动检测装置，8.轴向位移检测装置，9.轴向检测支撑台，10.测功机，11.测功机支撑台，12.径向力补偿装置，13.补偿装置支撑台，14.上位机，15.液压站，16.主套体，17.衔接套筒，18.1号同步带轮，19.左轴承，20.左支撑架，21.左轴承盖，22右支撑架，23右轴承，24.过渡盘，25.旋转接头支轴，26.旋转接头，27.支架，28.受载套筒，29.轴承组，30.卡环，31.右定位环，32.载力轴，33.左定位环，34.环形导轨，35.电机支架，36.径向角度调节电机，37.径向调节小齿轮，38.回转驱动电机，39.回转驱动电机支架，40.2号同步带轮，41左支撑盘，42右支撑盘，43.径向调节齿圈，44.液压缸后连接板，45.液压缸前连接板，46.上连接板，47.下连接板，48.液压缸，49.伺服控制阀，50.液压杆，51.轴向角度电机，52.3号同步带轮，53.传动板，54.水平仪，55.力传感器，56.球头活动杆，57.梯形块，58.小限位板，59.线弧面加载头，60.导向旋转轴，61.限位卡盘，62.连接台，63.限位圆盘，64.支撑块，65.导轨，66.丝杠，67.紧固圈，68.辅助定位块，69.缓冲圈，70.径向导轨，71.弧形连接板，72.0号圆形支架，721.1号圆形支架，73.0号连接块，731.1号连接块，732.2号连接块，733.3号连接块，74.0号延伸板，741.1号延伸板，75.0号激光位移传感器，751.1号激光位移传感器，76.轴向导轨，77.滑块，78.主支撑板，79.高度支架，80.XY微调工作台，81.激光干涉仪，82.0号旋调固定轴，821.1号旋调固定轴，822.2号旋调固定轴，823.3号旋调固定轴，83.测功机带轮，84.双槽带轮，85.补偿带轮，86.补偿轴，87.右补偿支架，88.左补偿支架，89.副支撑板。

具体实施方式

一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置主要包括：主轴安装固定模块、侧向扭矩加载模块、万向回转加载模块、检测模块、辅助模块等；

所述的主轴安装固定模块包括电主轴2，主轴抱闸机构3，电主轴支撑台4以及载力轴32，用于被测电主轴2与载力轴32的位置调整和安装固定；

所述的侧向扭矩加载模块包括扭矩施加部分和径向力补偿部分；

所述的扭矩施加部分包括测功机10，测功机支撑台11，测功机带轮83，双槽带轮84；用于给电主轴2施加合适方向和大小的扭矩；

所述的径向力补偿部分包括径向力补偿装置12，补偿装置支撑台13，用于补偿测功机施加扭矩时所造成的额外径向力；

所述的径向力补偿装置12包括补偿带轮85，补偿轴86，右补偿支架87，左补偿支架88，

所述的万向回转加载模块包括回转支撑体，角度调节及动态力施加机构以及防绕线装置三个部分。主要用于载力轴32加载角度的调节和回转动态力的施加；

所述的回转支撑体包括载力装置支撑台6，主套体16，衔接套筒17，1号同步带轮18，左轴承19，左支撑架20，左轴承盖21，右支撑架22，右轴承23，过渡盘24，旋转接头支轴25，受载套筒28，轴承组29，卡环30，右定位环31，左定位环33，电机支架35，径向角度调节电机36，径向调节小齿轮37，回转驱动电机38，回转驱动电机支架39，2号同步带轮40，主要用于万向回转加载模块整体的支撑和固定；

所述的角度调节及动态力施加机构包括环形导轨34，左支撑盘41，右支撑盘42，径向调节齿圈43，液压缸后连接板44，液压缸前连接板45，上连接板46，下连接板47，液压缸48，伺服控制阀49，液压杆50，轴向角度电机51，3号同步带轮52，传动板53，水平仪54，力传感器55，球头活动杆56，梯形块57，小限位板58，线弧面加载头59，导向旋转轴60，限位卡盘61，连接台62，限位圆盘63，支撑块64，导轨65，丝杠66，紧固圈67，辅助定位块68，缓冲圈69，径向导轨70，弧形连接板71，主要实现万向回转加载模块加载角度的调节和回转动态力的施加功能；

所述的防绕线装置包括旋转接头26，支架27，进行回转加载时，由于加载装置的整体转动，势必导致液压缸油管和电机线的缠绕，所以将油路和电线接入旋转接头26的转子部分，再从定子部分接出，避免装置加载时产生绕线问题。

所述的检测模块包括径向跳动检测装置7和轴向位移检测装置8，主要用于电主轴2在可靠性试验中轴向串动和径向跳动的监测。

所述的径向跳动检测装置7包括0号圆形支架72和1号圆形支架721，0至3号连接块73、731、732、733，0号延伸板74和1号延伸板741，0号激光位移传感器75和1号激光位移传感器751，0至3号旋调固定轴82、821、822、823；

所述的轴向位移检测装置8包括轴向检测支撑台9，轴向导轨76，滑块77，主支撑板78，高度支架79，XY微调工作台80，激光干涉仪81，副支撑板89；

所述的辅助模块包括地平铁1，上位机14，液压站15。

参阅图1、图2、图7、图10，电主轴2通过电主轴抱闸机构3固定于电主轴支撑台4上，电主轴支撑台4通过螺栓与地平铁1连接，载力轴32与电主轴2通过通用的配合锥面与拉刀机构固定连接。万向回转加载模块5与载力轴32空间上同轴布置，通过载力装置支撑台6与地平铁1连接，径向跳动检测装置7由0至3号旋调固定轴82、821、822、823固定在电主轴2轴体上，使得径向跳动检测装置7上的0号激光位移传感器75和1号激光位移传感器751能检测到载力轴32测试轴面的跳动变化情况。轴向位移检测装置8固定于轴向检测支撑台9上，激光干涉仪81透过万向回转加载模块5可检测载力轴32的端部位移情况。

测功机10通过测功机支撑台11连接固定在地平铁1上。载力轴32上安装有双槽带轮84，皮带绕过双槽带轮84上靠近主轴一侧的带槽中，与测功机10输出轴上的测功机带轮83连接，测功机10输出的扭矩由皮带传递至载力轴32上。

在测功机10的相对位置上，径向力补偿装置12通过补偿装置支撑台13与地平铁1连接固定，径向力补偿装置12上的补偿带轮85与双槽带轮84的另一带槽皮带连接，径向力补偿装置12上的补偿带轮85无扭矩负载。当测功机10向载力轴32输入扭矩时，由于皮带具有一定的预紧力，会给被测电主轴2额外的径向力负载，径向力补偿装置12上的皮带正好提供了一个方向相反的预紧力，将额外的径向力负载消除。补偿轴86由左右两端的左右补偿支架88、87支撑，左右补偿支架88、87通过轴承与补偿轴86相连，补偿带轮85固定于补偿轴86上，通过键连接固定。

上位机14放置于地平铁1一侧，用于各项指标的监测与系统的总体控制。液压站15置于地平铁后侧，用于电主轴2和万向回转加载模块5的油路供给。

参阅图3、图4、图5，主套体16左侧凸盘四周通过螺栓与衔接套筒17固定，衔接套筒17上设有凹槽，1号同步带轮18通过键连接固定于衔接套筒17上，左轴承19的内圈与衔接套筒17阶梯轴面过盈配合，左轴承19内圈右侧由衔接套筒17的阶梯轴端面限定位置，左轴承19的外圈与左支撑架20内圆壁过盈配合，左轴承19外圈右侧由左支撑架20的限位面进行定位，左支撑架20与左轴承盖21通过螺栓连接，左轴承盖21的限位面限定左轴承19外圈的左侧。左支撑架20底座通过螺栓连接在载力装置支撑台6上。主套体16右端凸盘与旋转接头支轴25螺栓连接，右支撑架22内圆壁与右轴承23外圈过盈配合，右轴承23外圈的左侧由右支撑架22的限位面定位，右支撑架22与过渡盘24螺栓相连，过渡盘24上的限位端面限定右轴承23外圈的右侧，右轴承23的内圈左侧由旋转接头支轴25的阶梯端面限位。右支撑架22底座通过螺栓固定于载力装置支撑台6上。

回转驱动电机38通过回转驱动电机支架39固定在载力装置支撑台6上。回转驱动电机38上的2号同步带轮40与1号同步带轮18通过同步带连接，回转驱动电机38提供整个万向回转加载模块5的回转动力。电机支架35通过螺栓安装于主套体16下端的凸台上，径向角度调节电机36固定于电机支架35上，径向角度调节电机36输出轴上安装有径向调节小齿轮37。两条环形导轨34固定于主套体16的周向上，右支撑盘42上设计有键槽，径向调节齿圈43通过键连接在右支撑盘42上，径向调节齿圈43与径向调节小齿轮37啮合上，可调节加载装置的径向角度。

受载套筒28内壁与轴承组29外圈过盈配合，受载套筒28与主套体16同心安装，但无直接接触，这主要是避免出现加载时动态力被左右支撑架20、22所吸收的问题，保证载力轴32处于悬臂梁的安装状态。轴承组29内圈与载力轴32过盈配合，轴承组29内圈左端由载力轴32上的阶梯轴端面定位，右端由卡环30限制定位，确保轴承组29在载力轴32轴向上不会串动，右定位环31与受载套筒28螺栓连接，用于限定轴承组29的外圈右端位置。左定位环33也与受载套筒28螺栓连接，左定位环33上的限位面限制轴承组29外圈左端的位置。受载套筒28的外圈上加工有弧形槽，与线弧面加载头59的弧面相配合。

旋转接头26的转子部分套在旋转接头支轴25的凸轴上，旋转接头26的定子部分通过支架27与载力装置支撑台6固定连接。

参阅图3、图4、图6，万向回转加载模块的角度调节及动态力施加机构是关于主套体16的轴线竖直面完全对称的，由左支撑盘41和右支撑盘42安装在主套体16上。左右支撑盘41、42的内圆壁与主套体16配合，接触面可满足左右支撑盘41、42与主套体16小角度转动。左右支撑盘41、42上设计有两组相对的安装孔，按照相同一侧为一组的标准，左右支撑盘41、42每侧分别由一条丝杠66，一条导轨65连接。丝杠66和导轨65的两侧末端处安装缓冲圈69，一组丝杠和导轨之间使用两个辅助定位块68连接，丝杠与导轨的最末端安装有紧固圈67。支撑块64通过螺纹孔和通孔分别与丝杠66和导轨65连接。支撑块64上设计有液压缸安装口，导向旋转轴60置于安装口中，限位卡盘61上的通孔与支撑块64安装口中的螺纹孔对应连接，将导向旋转轴60限制在安装口中，限位卡盘61只限制导向旋转轴60空间上的5个自由度，保留一个旋转自由度。导向旋转轴60的长轴部分穿过连接台62的中心通孔，使导向旋转轴60的轴向切口面与限位圆盘63中心孔的横平面配合上，导向旋转轴60的长轴上设有通孔，使用销限制其与连接台62的脱开。连接台62与液压缸后连接板44螺栓固定，在液压缸后连接板44与液压缸前连接板45之间，分别使用上连接板46与下连接板47将液压缸48固定。上连接板46中心开孔，液压杆50可通过通孔做上下运动。伺服控制阀49安装于液压缸前连接板45上，用以控制油缸油液的进出，保证油缸的加载力大小和动态方式。支撑块64上的液压缸安装口旁设计有电机安装口，轴向角度电机51安装于此口中，并由四周的安装孔固定。电机轴端连接3号同步带轮52，通过同步带与连接台62外侧同步齿圈啮合传动。横跨主套体16两端的是一块传动板53，传动板53上端固定有水平仪54，用作检测和反馈加载力在轴向和径向上的角度大小。传动板53的下端直连一个力传感器55，用以检测和反馈施加的动态力的频率和大小。力传感器55下端连接的是压力头单元，球头活动杆56杆状一端连接至力传感器上，球头端与梯形块57上的球形槽面配合，小限位板58将球头活动杆56与梯形块57的角度调整方向限制在轴向上。梯形块57下端螺栓连接的是线弧面加载头59，线弧面加载头59的弧面与受载套筒28的凹弧面配合，径向上可呈一定角度摆动的位移关系。支撑块64之间使用弧形连接板71连接，弧形连接板71的导向凸台与径向导轨70的导槽配合，径向导轨70后端的弧形凸台与主套体16上环形导轨34中的导槽配合。

参阅图7、图8，在所述的径向跳动检测装置7中，0号和1号圆形支架72、721通过0至3号连接块73、731、732、733相对连接，0至3号旋调固定轴82、821、822、823上的螺纹部分分别与0至3号连接块73、731、732、733的螺纹孔配合上，使得径向跳动检测装置7与电主轴2轴体相对固定。0号圆形支架72上呈90度的方向安装0号和1号延伸板74、741，0号和1号激光位移传感器75、751分别固定于0号和1号延伸板74、741上，调整传感器的位置，使之能照射至载力轴32的检测部分。

在所述的轴向位移检测装置8中，两条轴向导轨76安装在轴向检测支撑台9上，每条导轨上安装两块滑块77，四块滑块77共同支撑主支撑板78，主支撑板78上螺栓固定有高度支架79，高度支架79上固定XY微调工作台80，副支撑板89将激光干涉仪81与XY微调工作台80连接。XY微调工作台80可调整激光干涉仪81空间中Y和Z轴的方向，使激光干涉仪81能检测载力轴32端面跳动情况。

工作原理及过程：

1、进行镗床电主轴可靠性试验时，首先需要调整线弧面加载头59作用在受载套筒28轴向上的位置。用扳手旋转万向加载模块5两侧丝杠66上的紧固圈67，两侧支撑块64在丝杠66及导轨65的作用下轴向前后移动，带动液压缸48、液压杆50、传动板53、梯形块57、线弧面加载头59等在受载套筒28轴向上前后移动，以此达到调节的目的。两侧的支撑块64在前后运动的同时，弧形连接板71两侧的凸台在径向导轨70的导轨槽内配合移动，起到辅助支撑的作用。

2、其次是加载角度的调节，加载角度的调节分径向和轴向两个方向，调整径向角度时，动力由径向角度调节电机36输出，通过径向调节小齿轮37传递至径向调节齿圈43上。径向调节齿圈43固定在右支撑盘42上，由于右支撑盘42与左支撑盘41相对固定，且左右支撑盘41、42内壁安装在主套体16上，并且可绕主套体16转动，因此可以带动左右支撑盘41、42之间的支撑块64以及与支撑块64间接连接的液压杆50、传动板53、梯形块57、线弧面加载头59等部件绕主套体16的小角度转动。主套体16上端开有一定角度的敞口，可避免轴向角度调节时，线弧面加载头59与主套体16的干涉。由于线弧面加载头59的弧面始终和受载套筒28上端的凹弧面配合，受载套筒28也会随线弧面加载头59的转动而相应转动。同时，两侧径向导轨70后端的凸台与环形导轨34的导槽配合运动，实现辅助支撑功能。

3、调节轴向加载角度时，两侧的支撑块64是静止的，动力由轴向角度电机51输出，通过同步带传递至连接台62上，连接台62带动液压缸48、液压杆50、传动板53、小限位板58轴向转动，此时的梯形块57及线弧面加载头59是静止的，由小限位板58下端与梯形块57配合部分同角度转动。

4、加载位置及加载角度调整好后进行扭矩的施加。测功机10开启，扭矩由测功机10输出至测功机带轮83上，通过皮带传递至载力轴32上的双槽带轮84，进而由双槽带轮84输入至电主轴2上。与此同时，径向力补偿装置12上的补偿带轮85在与双槽带轮84连接的皮带带动下转动。补偿带轮85无负载，它与双槽带轮84之间的皮带的预紧力抵消掉测功机带轮83与双槽带轮84之间的预紧力。

5、接着是动态力的施加，伺服控制阀49控制液压缸48的运动方式。施加动态力时，两端的液压杆50下压，动态力传递至传动板53上，通过力传感器55、球头活动杆56、梯形块57、小限位板58传递至线弧面加载头59上，最后作用在受载套筒28与线弧面加载头59配合的弧面上。动态力经过轴承组29作用于载力轴32上。

6、最后是回转加载的回转运动，以电主轴2轴线为回转轴线，转动的部件包括整个角度调节及动态力施加机构，防绕线装置中旋转接头26的转子部分，以及回转支撑体中的衔接套筒17、主套体16、旋转接头支轴25、受载套筒28等。动力由回转驱动电机38输出动力，通过同步齿形带传递至1号同步带轮18上，由于1号同步带轮18是固定在衔接套筒17上的，衔接套筒17连接主套体16，因此可以完成主套体16(连同主套体16上的角度调节及动态力施加机构)的转动。

7、试验进行时，径向跳动检测装置7中的0号和1号激光位移传感器传感器75、751检测载力轴32轴面跳动变化情况。轴向位移检测装置8中的激光干涉仪81透过万向回转加载模块检测载力轴32端面跳动情况。

8、试验中各电机及伺服阀的控制、径向与轴向的跳动信号由上位机14控制检测。

Claims (8)

1.一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置，其特征在于：包括主轴安装固定模块、侧向扭矩加载模块、万向回转加载模块、检测模块；

所述主轴安装固定模块包括电主轴(2)和载力轴(32)；

所述载力轴(32)与电主轴(2)通过通用的配合锥面与拉刀机构固定连接；

所述侧向扭矩加载模块包括扭矩施加部分和径向力补偿部分；

所述扭矩施加部分包括测功机(10)、测功机带轮(83)、双槽带轮(84)；

双槽带轮(84)安装在载力轴(32)上，皮带绕过双槽带轮(84)上靠近主轴一侧的带槽中，与测功机(10)输出轴上的测功机带轮(83)连接，测功机(10)输出的扭矩由皮带传递至载力轴(32)上；

所述径向力补偿部分包括径向力补偿装置(12)；

所述径向力补偿装置(12)上的补偿带轮(85)与双槽带轮(84)的另一带槽皮带连接；

所述万向回转加载模块中的回转支撑体与载力轴(32空间上同轴布置；

所述的检测模块包括径向跳动检测装置(7)、轴向位移检测装置(8)；所述径向跳动检测装置(7)固定在电主轴(2)轴体上；所述轴向位移检测装置(8)固定于地平铁(1)上。

2.根据权利要求1所述的一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置，其特征在于：

所述万向回转加载模块包括回转支撑体、角度调节及动态力施加机构；

所述回转支撑体包括主套体(16)、主衔接套筒(17)、1号同步带轮(18)、旋转接头支轴(25)、受载套筒(28)、轴承组(29)、电机支架(35)、径向角度调节电机(36)、径向调节小齿轮(37)、回转驱动电机(38)、2号同步带轮(40)；

所述主套体(16)左侧凸盘四周通过螺栓与衔接套筒(17)固定，衔接套筒(17)上设有凹槽，1号同步带轮(18)通过键连接固定于衔接套筒(17)上，所述主套体(16)右端凸盘与旋转接头支轴(25)螺栓连接；

所述回转驱动电机(38)上的2号同步带轮(40)与1号同步带轮(18)通过同步带连接；

所述受载套筒(28)内壁与轴承组(29)外圈过盈配合，所述受载套筒(28)与主套体(16)同心安装，但无直接接触；

所述轴承组(29)内圈与载力轴(32)过盈配合；

所述受载套筒(28)的外圈上设有弧形槽，与角度调节及动态力施加机构中的线弧面加载头(59)的弧面相配合；

电机支架(35)通过螺栓安装于主套体(16)下端的凸台上，径向角度调节电机(36)固定于电机支架(35)上，径向角度调节电机(36)输出轴上安装有径向调节小齿轮(37)。

3.根据权利要求2所述的一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置，其特征在于：

所述的角度调节及动态力施加机构还包括环形导轨(34)、左支撑盘(41)、右支撑盘(42)、径向调节齿圈(43)、液压缸(48)、伺服控制阀(49)、液压杆(50)、轴向角度电机(51)、3号同步带轮(52)、传动板(53)、水平仪(54)、力传感器(55)、球头活动杆(56)、梯形块(57)、小限位板(58)、导向旋转轴(60)、限位卡盘(61)、连接台(62)、限位圆盘(63)、支撑块(64)、导轨(65)、丝杠(66)、径向导轨(70)、弧形连接板(71)；

两条环形导轨(34)固定于主套体(16)的周向上，右支撑盘(42)上设有键槽，径向调节齿圈(43)通过键连接在右支撑盘(42)上，径向调节齿圈(43)与径向调节小齿轮(37)啮合；

左右支撑盘(41；42)的内圆壁与主套体(16)配合，接触面可满足左右支撑盘(41；42)与主套体(16)小角度转动；

梯形块(57)下端螺栓连接的是线弧面加载头(59)，线弧面加载头(59)的弧面与受载套筒(28)的凹弧面配合；

左右支撑盘(41；42)每侧分别由一条丝杠(66)、一条导轨(65)连接，支撑块(64)通过螺纹孔和通孔分别与丝杠(66)和导轨(65)连接；

支撑块(64)上设有液压缸安装口，导向旋转轴(60)置于安装口中，限位卡盘(61)上的通孔与支撑块(64)安装口中的螺纹孔对应连接，将导向旋转轴(60)限制在安装口中，限位卡盘(61)只限制导向旋转轴(60)空间上的5个自由度，保留一个旋转自由度；导向旋转轴(60)的长轴部分穿过连接台(62)的中心通孔，使导向旋转轴(60)的轴向切口面与限位圆盘(63)中心孔的横平面配合上，导向旋转轴(60)的长轴上设有通孔，使用销限制其与连接台(62)的脱开；

支撑块(64)上的液压缸安装口旁设计有电机安装口，轴向角度电机(51)安装于此口中，并由四周的安装孔固定；电机轴端连接3号同步带轮(52)，通过同步带与连接台(62)外侧同步齿圈啮合传动；

横跨主套体(16)两端的是一块传动板(53)，传动板(53)上端固定有水平仪(54)，用作检测和反馈加载力在轴向和径向上的角度大小；传动板(53)的下端直连一个力传感器(55)，用以检测和反馈施加的动态力的频率和大小；

球头活动杆(56)杆状一端连接至力传感器上(55)，球头端与梯形块(57)上的球形槽面配合，小限位板(58)将球头活动杆(56)与梯形块(57)的角度调整方向限制在轴向上；

支撑块(64)之间使用弧形连接板(71)连接，弧形连接板(71)的导向凸台与径向导轨(70)的导槽配合，径向导轨(70)后端的弧形凸台与主套体(16)上环形导轨(34)中的导槽配合。

4.根据权利要求1所述的一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置，其特征在于：

所述万向回转加载模块还包括防绕线装置；所述的防绕线装置包括旋转接头(26)，将油路和电线接入旋转接头(26)的转子部分；

所述旋转接头(26)的转子部分套在旋转接头支轴(25)的凸轴上，旋转接头(26)的定子部分通过支架(27)与回转支撑体中的载力装置支撑台(6)固定连接。

5.根据权利要求2所述的一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置，其特征在于：

所述回转支撑体还包括载力装置支撑台(6)、左轴承(19)、左支撑架(20)、左轴承盖(21)、右支撑架(22)、右轴承(23)、过渡盘(24)、卡环(30)、右定位环(31)、左定位环(33)；

所述左轴承(19)的内圈与衔接套筒(17)阶梯轴面过盈配合，由衔接套筒(17)的阶梯轴端面限定其内圈位置；左轴承(19)的外圈与左支撑架(20)内圆壁过盈配合，外圈一侧由左支撑架(20)的限位面进行定位，另一侧由左轴承盖(21)限位面限定；左支撑架(20)与左轴承盖(21)通过螺栓连接，且通过螺栓连接在载力装置支撑台(6)上；

右支撑架(22)内圆壁与右轴承(23)外圈过盈配合；右轴承(23)的外圈一侧由右支撑架(22)的限位面定位，另一侧由过渡盘(24)上的限位端面限定，内圈由旋转接头支轴(25)的阶梯端面限位；右支撑架(22)与过渡盘(24)螺栓相连，右支撑架(22)底座通过螺栓固定于载力装置支撑台(6)上；

轴承组(29)内圈左端由载力轴(32)上的阶梯轴端面定位，右端由卡环(30)限制定位，右定位环(31)与受载套筒(28)螺栓连接，左定位环(33)与受载套筒(28)螺栓连接，左定位环(33)上的限位面限制轴承组(29)外圈左端的位置。

6.根据权利要求1所述的一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置，其特征在于：

所述镗床电主轴万向回转加载装置还包括辅助模块；所述的辅助模块包括地平铁(1)，上位机(14)，液压站(15)；

所述上位机(14)放置于地平铁(1)一侧，用于各项指标的监测与系统的总体控制；液压站(15)置于地平铁后侧，用于电主轴(2)和万向回转加载装置(5)的油路供给。

7.根据权利要求1所述的一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置，其特征在于：

所述的轴向位移检测装置(8)中，两条轴向导轨(76)安装在轴向检测支撑台(9)上,每条导轨上安装两块滑块(77)，四块滑块(77)共同支撑主支撑板(78)，主支撑板(78)上螺栓固定有高度支架(79)，高度支架(79)上固定XY微调工作台(80)，副支撑板将激光干涉仪(81)与XY微调工作台(80)连接；XY微调工作台(80)可调整激光干涉仪(81)空间中Y和Z轴的方向，使激光干涉仪(81)能检测载力轴(32)端面跳动情况。

8.根据权利要求1所述的一种镗床电主轴万向回转加载可靠性试验装置，其特征在于：

所述的径向跳动检测装置(7)包括0号圆形支架(72)和1号圆形支架(721)，0至3号连接块(73；731；732；733)，0号延伸板(74)和1号延伸板(741)，0号激光位移传感器(75)和1号激光位移传感器(751)，0至3号旋调固定轴(82；821；822；823)；

所述的径向跳动检测装置(7)中，0号和1号圆形支架(72；721)通过0至3号连接块(73；731；732；733)相对连接，0至3号旋调固定轴(82；821；822；823)上的螺纹部分分别与0至3号连接块(73；731；732；733)的螺纹孔配合上，使得径向跳动检测装置(7)与电主轴(2)轴体相对固定。0号圆形支架(72)上呈90度的方向安装0号和1号延伸板(74；741)，0号和1号激光位移传感器(75；751)分别固定于0号和1号延伸板(74；741)上，调整传感器的位置，使之能照射至载力轴(32)的检测部分。