CN110296831A - 电主轴气动加载装置与状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电主轴气动加载装置与状态监测系统包括：电主轴及其控制装置、承载装置、径向力加载装置、轴向力加载装置、主轴回转精度监测装置、气动控制装置、NI信号采集系统和上位机控制装置。该系统通过气动加载，使得主轴加载机构机械结构简单、紧凑，易于控制，且施加的载荷大小较大，其中通过径向力的合成能实现任意角度的径向力加载，并能够检测主轴回转精度，主轴各部位的振动、温度信号，主轴的电流、速度信号，施加的载荷力反馈信号等多项主轴运行状态信息，可应用于加工中心电主轴可靠性加载研究，从而达到模拟主轴实际工况，监测主轴性能与状态，最终评价其可靠性的目的。

Description

电主轴气动加载装置与状态监测系统

技术领域

本发明涉及机床可靠性试验技术领域，特别涉及一种电主轴气动加载装置与状态监测系统。

背景技术

电主轴是数控机床的核心部件之一，是数控机床整机可靠性的重要环节。对电主轴而言，其可靠性不仅指能够平稳运行，更重要的是能够保证长时间保持良好的性能状态，即合格的精度与刚度，因此可靠性是主轴性能的重要指标。

为提高电主轴可靠性，需开展电主轴可靠性模拟加载试验。目前国内大部分机床及零部件生产厂家，采用的是跟踪用户使用情况的方法来监测机床的工作状况，这种方法需要耗时多年记录机床的故障信息，不仅费时费力，更难以对机床的综合性能进行准确的评估和预测。由此可见，常规的可靠性试验存在着周期长，见效慢，所需样本量大，成本高等缺陷，降低产品投入市场的时效性，影响厂商的经济效益。因此需要在电主轴出厂前对其可靠性进行快速测试，发现潜在的薄弱点，并加以改进，提高电主轴的可靠性。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：

基于上述记载，开发一种模拟实际切削的力加载机构和相配套检测装置，通过对电主轴施加一定的载荷，模拟工况载荷条件，以提升载荷水平的方法加快其性能衰退速度，并同时采用精度检测装置和采集系统来快速监测电主轴的精度、状态，以此来评价其可靠性，这样的一套电主轴可靠性加速检测装置是具有非常广阔的应用前景。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种电主轴气动加载装置与状态监测系统，该系统可以达到模拟主轴实际工况，监测主轴性能与状态，最终评价其可靠性的目的。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种电主轴气动加载装置与状态监测系统，包括：电主轴及其控制装置，包括电主轴、电主轴水冷装置与电主轴工控机；承载装置，通过改装刀柄安装在所述电主轴上，包括所述改装刀柄、承载固定套装置，所述改装刀柄通过拉钉安装在所述电主轴上，所述承载固定套装置通过一对角接触球轴承与所述改装刀柄相连，所述改装刀柄随所述电主轴转动时，所述承载固定套装置保持静止；径向力加载装置，包括径向安装基座、45°转接座、气缸、气缸芯连接座、第一拉压力传感器和径向力加载座，所述径向力加载装置为两套，以左右对称安装在地平铁上，并与所述承载装置固接；轴向力加载装置，包括轴向安装基座、轴向调整基座、轴向垂直安装板、气缸芯连接座、气缸芯连接座、第二拉压力传感器、轴向力加载座、轴向挡板和轴向导力杆，所述轴向力加载装置通过固定套上的受力耳与所述承载装置固接；主轴回转精度监测装置，包括测量基座、回转仪垂直安装板、磁性基座、传感器安装座、回转精度检测棒、X向传感器、Y向传感器和Z向传感器，所述回转精度检测棒安装在所述承载装置的改装刀柄上，所述X向传感器、Y向传感器和Z向传感器安装在所述传感器安装座上，以通过电容感应原理检测所述回转精度检测棒测点距离的变化值；气动控制装置，包括气泵、气控比例阀、三位五通阀、固定板，所述气控比例阀与所述三位五通阀通过螺钉安装在所述固定板上，所述固定板安装在所述地平铁上；NI信号采集系统，包括振动传感器、温度传感器、电流传感器、速度传感器、第三拉压力传感器，NI PXI控制器及相关板卡，所述振动传感器、所述温度传感器布置在所述电主轴的前轴承、所述承载装置的固定套以及所述地平铁上，所述电流传感器、所述速度传感器与所述电主轴反馈的三相输出相连接，所述第三拉压力传感器布置在各个加载装置上，所述NI信号采集系统通过模拟量输出控制所述气控比例阀达到控制气压大小作用，所述NI信号采集系统通过数字量输出控制所述三位五通阀，达到气缸换向作用；上位机控制装置，控制加载系统，其中，所述上位机控制装置通过串口通信改变所述电主轴的运行速度、方向并控制启停，且通过所述NI信号采集系统采集、实时显示、存储、分析传感器信号。

本发明实施例的电主轴气动加载装置与状态监测系统，通过气动加载，使得主轴加载机构机械结构简单、紧凑，易于控制，且施加的载荷大小较大，其中通过径向力的合成能实现任意角度的径向力加载，并能够检测主轴回转精度，主轴各部位的振动、温度信号，主轴的电流、速度信号，施加的载荷力反馈信号等多项主轴运行状态信息，可应用于加工中心电主轴可靠性加载研究，从而达到模拟主轴实际工况，监测主轴性能与状态，最终评价其可靠性的目的。

另外，根据本发明上述实施例的电主轴气动加载装置与状态监测系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述改装刀柄的圆柱面经过预设加工，以通过角接触球轴承背对背安装连接所述承载固定套装置，所述轴承外圈与所述固定套为间隙配合，所述轴承内圈与所述改装刀柄为过盈配合，通过圆螺母调整预紧力，使所述轴承达到预设安装状态，所述改装刀柄头部安装拉钉，用于与所述主轴进行装配；所述改装刀柄尾部有筒夹与筒夹螺母，用于安装回转精度检测棒；所述承载固定套装置包括所述固定套，所述固定套外部为八边形结构，左右两侧焊接有轴向受力耳，以安装所述轴向力加载装置；所述固定套内部为中间直径小、前后边直径大的工字型通孔，且前后两端安装所述轴承，所述轴承靠紧内部突出的工字型平台；所述固定套顶部设有螺纹通孔至工字型平台，以添加润滑油与安装所述振动传感器；所述固定套底部两侧各有4个螺纹孔，两个面的空间夹角为90°，以安装所述径向力加载装置；所述固定套两侧通过螺钉安装端盖，起到封装作用，其中一面安装有挡环与圆螺母，起到调整轴承预紧力作用。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一径向力加载装置和第二径向力加载装置与所述承载装置固接，45°转接座底部有三个螺纹孔，安装座部分与底部成45°角，45°转接座与气缸先通过螺钉安装成一体，与所述径向安装基座的底部安装孔通过螺钉安装成一体；所述径向安装基座通过螺钉安装在地平铁预设位置上；所述气缸芯连接座通过螺纹柱安装在气缸伸缩杆上，基座部分用螺钉与所述拉压力传感器底座安装；所述拉压力传感器另一侧螺纹柱与所述径向力加载座的螺纹孔安装，所述径向力加载座基座部分通过螺钉与固定套上的螺纹孔安装在一起。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述轴向调整基座底部有4个螺纹孔，呈T字分布，与所述轴向安装基座上的通孔通过螺钉从底部安装；所述轴向安装基座在轴向调整基座上横向调整位置后，再通过螺钉固接；所述轴向调整基座用螺钉安装在所述地平铁上；所述气缸用螺钉安装在轴向垂直安装板上；所述气缸芯连接座通过螺纹柱安装在气缸伸缩杆上，基座部分用螺钉与拉压力传感器底座安装；拉压力传感器另一侧螺纹柱与轴向力加载座的螺纹孔安装，所述轴向力加载座基座部分通过螺钉与轴向挡板中间的螺纹孔安装在一起；轴向挡板两侧有通孔，轴向挡板与轴向导力杆通过所述通孔配合，并用螺母固接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述回转精度检测棒安装在承载装置上的筒夹；所述X向传感器，Y向传感器，Z向传感器安装在所述传感器安装座，通过螺钉松紧调节位置；传感器安装座与磁性基座通过螺钉固接；磁性基座通过磁力吸附在回转仪垂直安装板上，回转仪垂直安装板底部有4个螺纹孔，呈T字型分布，与测量基座上的T形槽及相应的通孔配合，通过测量基座底部的通孔与测量基座安装在一起，测量基座通过螺钉与地平铁固接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述气控比例阀、所述三位五通阀安装在固定板上，固定板再安装在所述地平铁上；所述气泵、气控比例阀、三位五通阀、气缸间通过气管连接，形成气控系统；所述NI信号采集系统通过模拟量输出控制所述气控比例阀达到控制气压大小作用，所述NI信号采集系统通过数字量输出控制所述的三位五通阀，达到气缸换向作用。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的电主轴加载系统结构图；

图2为根据本发明实施例的电主轴加载装置机械结构图；

图3为根据本发明实施例的承载装置的结构图；

图4为根据本发明实施例的承载装置的剖面图；

图5为根据本发明实施例的径向力加载装置结构图；

图6为根据本发明实施例的轴向力加载装置结构图；

图7为根据本发明实施例的主轴回转精度检测装置结构图；

图8为根据本发明实施例的气动控制装置结构图；

图9为根据本发明实施例的LabVIEW上位机控制程序界面图。

附图标记说明：

电主轴气动加载装置与状态监测系统10、电主轴及其控制装置100(图中未具体标识)、电主轴110、电主轴水冷装置120(图中未具体标识)、电主轴工控机130、承载装置200、拉钉210、改装刀柄220、轴承230、固定套240、挡环250、圆螺母260、筒夹270、筒夹螺母280、端盖290、径向力加载装置300、径向安装基座310、45°转接座320、气缸330、气缸芯连接座340、拉压力传感器350、径向力加载座360、轴向力加载装置400、轴向导力杆410、轴向挡板420、轴向力加载座430、轴向安装基座440、轴向垂直安装板450、轴向调整基座460、主轴回转精度监测装置500、测量基座510、回转仪垂直安装板520、磁性基座530、传感器安装座540、Y向传感器550、回转精度检测棒560、X向传感器570、Z向传感器580、气动控制装置600、气泵610、三位五通阀620、气控比例阀630、固定板640、NI信号采集系统700(图中未具体标识)、NI PXI控制器710、上位机控制装置800和地平铁900。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的电主轴气动加载装置与状态监测系统。

图1是本发明一个实施例的电主轴气动加载装置与状态监测系统的结构示意图。

如图1所示，该电主轴气动加载装置与状态监测系统10包括：电主轴及其控制装置100(图中未具体标识)、承载装置200、径向力加载装置300、轴向力加载装置400、主轴回转精度监测装置500、气动控制装置600、NI信号采集系统700(图中未具体标识)和上位机控制装置800。

其中，电主轴及其控制装置100，包括电主轴110、电主轴水冷装置120(图中未具体标识)与电主轴工控机130。承载装置200通过改装刀柄安装在电主轴上，包括改装刀柄、承载固定套装置，改装刀柄通过拉钉安装在电主轴上，承载固定套装置通过一对角接触球轴承与改装刀柄相连，改装刀柄随电主轴转动时，承载固定套装置保持静止。径向力加载装置300包括径向安装基座、45°转接座、气缸、气缸芯连接座、第一拉压力传感器和径向力加载座，径向力加载装置为两套，以左右对称安装在地平铁900上，并与承载装置固接。轴向力加载装置400包括轴向安装基座、轴向调整基座、轴向垂直安装板、气缸芯连接座、气缸芯连接座、第二拉压力传感器、轴向力加载座、轴向挡板和轴向导力杆，轴向力加载装置通过固定套上的受力耳与承载装置固接。主轴回转精度监测装置500包括测量基座、回转仪垂直安装板、磁性基座、传感器安装座、回转精度检测棒、X向传感器、Y向传感器和Z向传感器，回转精度检测棒安装在承载装置的改装刀柄上，X向传感器、Y向传感器和Z向传感器安装在传感器安装座上，以通过电容感应原理检测回转精度检测棒测点距离的变化值。气动控制装置600包括气泵610、气控比例阀、三位五通阀、固定板，气控比例阀与三位五通阀通过螺钉安装在固定板上，固定板安装在地平铁900上。NI信号采集系统700包括振动传感器、温度传感器、电流传感器、速度传感器、第三拉压力传感器，NI PXI控制器及相关板卡，振动传感器、温度传感器布置在电主轴的前轴承、承载装置的固定套以及地平铁900上，电流传感器、速度传感器与电主轴反馈的三相输出相连接，第三拉压力传感器布置在各个加载装置上，NI信号采集系统通过模拟量输出控制气控比例阀达到控制气压大小作用，NI信号采集系统通过数字量输出控制三位五通阀，达到气缸换向作用。上位机控制装置800控制加载系统，其中，上位机控制装置800通过串口通信改变电主轴的运行速度、方向并控制启停，且通过NI信号采集系统700采集、实时显示、存储、分析传感器信号。

具体而言，如图1和2所示，该系统10包含地平铁900及分布在其T型槽内的连接块，气泵610、电主轴工控机130、NI PXI控制器710、上位机800布置在地平铁900周围，电主轴110安装在地平铁上，承载装置200安装在电主轴110上，2个径向力加载装置一端与承载装置200固接、另一端固接在地平铁900上，力的方向夹角为90°，主轴回转精度监测装置9安装在轴向导力杆之间，轴向力加载装置400一端与承载装置200固接、另一端固接在地平铁900上，气动控制装置600安装在地平铁上，其中气控比例阀与三位五通阀与气泵、气缸、NI PXI控制器710根据系统要求相连接，组成气控系统；3个振动传感器、3个温度传感器分别布置在电主轴110前轴承、承载装置200的固定套以及地平铁900上；3个电流传感器，3个速度传感器与主轴反馈的三相信号输出相连接，3个拉压力传感器布置在各个力加载装置上，组成信号采集网络。

下面将结合附图对电主轴气动加载装置与状态监测系统10的进行进一步阐述。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图3和图4所示，承载装置200包括：拉钉210、改装刀柄220、轴承230、固定套240、挡环250、圆螺母260、筒夹270、筒夹螺母280和端盖290。

其中，拉钉210安装在改装刀柄220的锥体侧，用于安装；轴承230外圈与固定套240间隙配合，内圈与改装刀柄220过盈配合，端盖290通过螺钉安装在固定套240上，用于固定轴承，挡环250、圆螺母260用于调整轴承230的预紧力，使其达到理想状态，改装刀柄220尾部放置内径8mm的筒夹270，用于夹持回转精度检测棒，筒夹螺母270用于固定筒夹270。

具体而言，改装刀柄220的圆柱面经过预设加工，以通过角接触球轴承230背对背安装连接承载固定套240装置，轴承230外圈与固定套240为间隙配合，轴承230内圈与改装刀柄220为过盈配合，通过圆螺母260调整预紧力，使轴承230达到预设安装状态，改装刀柄220头部安装拉钉210，用于与主轴进行装配；改装刀柄220尾部有筒夹270与筒夹270螺母，用于安装回转精度检测棒；承载固定套240装置包括固定套240，固定套240外部为八边形结构，左右两侧焊接有轴向受力耳，以安装轴向力加载装置；固定套240内部为中间直径小、前后边直径大的工字型通孔，且前后两端安装轴承230，轴承230靠紧内部突出的工字型平台；固定套240顶部设有螺纹通孔至工字型平台，以添加润滑油与安装振动传感器；固定套240底部两侧各有4个螺纹孔，两个面的空间夹角为90°，以安装径向力加载装置；固定套240两侧通过螺钉安装端盖290，起到封装作用，其中一面安装有挡环250与圆螺母260，起到调整轴承230预紧力作用。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图5所示，径向力加载装置300包括：径向安装基座310、45°转接座320、气缸330、气缸芯连接座340、拉压力传感器350和径向力加载座360。其中，径向力加载装置有两套，左右对称安装在地平铁上，并与承载装置固接，也就是说，第一径向力加载装置和第二径向力加载装置与承载装置固接。

其中，45°转接座底部320有三个螺纹孔，安装座部分与底部成45°角，45°转接座320与气缸330先通过螺钉安装成一体，与径向安装基座310的底部安装孔通过螺钉安装成一体；径向安装基座310通过螺钉安装在地平铁900预设位置上；气缸芯连接座340通过螺纹柱安装在气缸伸缩杆上，基座部分用螺钉与拉压力传感器350底座安装；拉压力传感器350另一侧螺纹柱与径向力加载座360的螺纹孔安装，径向力加载座360基座部分通过螺钉与固定套上的螺纹孔安装在一起。

具体而言，径向安装基座310底部有T型通孔，螺钉由下至上连接径向安装基座310与45°转接块320，45°转接块320的斜平台上有4个通孔，螺钉穿过通孔固接45°转接块320与气缸330，气缸芯连接座340通过其螺纹柱安装到气缸330的伸缩杆上的螺纹孔上，气缸芯连接座340基座上有4个通孔，通过螺钉安装拉压力传感器基座350上的螺纹孔，拉压力传感器基座350的螺纹柱上安装径向力加载座360，径向力加载座360上的4个通孔与固定套240的侧面的4个螺纹孔对其，并用螺钉安装，实现径向加载装置300与承载装置200的固接；径向安装基座310通过螺钉与地平铁900固接，气缸330的伸缩杆可伸缩、可回转性有助于径向加载装置300的安装。通过改变两个径向力加载装置300施加的力的大小与方向，可以合成任意方向的通过电主轴轴心的径向力。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图6所示，轴向力加载装置400包括：轴向导力杆410、轴向挡板420、轴向力加载座430、轴向安装基座440、轴向垂直安装板450和轴向调整基座460。

其中，轴向调整基座460底部有4个螺纹孔，呈T字分布，与轴向安装基座440上的通孔通过螺钉从底部安装；轴向安装基座440在轴向调整基座460上横向调整位置后，再通过螺钉固接；轴向调整基座460用螺钉安装在地平铁上；气缸用螺钉安装在轴向垂直安装板450上；气缸芯连接座通过螺纹柱安装在气缸伸缩杆上，基座部分用螺钉与拉压力传感器底座安装；拉压力传感器另一侧螺纹柱与轴向力加载座430的螺纹孔安装，轴向力加载座430基座部分通过螺钉与轴向挡板420中间的螺纹孔安装在一起；轴向挡板420两侧有通孔，轴向挡板420与轴向导力杆410通过通孔配合，并用螺母固接。

具体而言，轴向调整基座460正面有横向直槽，四个边角有通孔，螺钉穿过该通孔与地平铁固定，轴向安装基座440可在轴向调整基座460的横向直槽上调整位置，并用螺钉固定，轴向安装基座440底部有4个T型通孔，通过该通孔，螺钉固定轴向安装基座440与轴向垂直安装板450；气缸330安装在轴向垂直安装板450的垂直面上的安装孔，气缸芯连接座340通过其螺纹柱安装到气缸330的伸缩杆上的螺纹孔上，气缸芯连接座340基座上有4个通孔，通过螺钉安装拉压力传感器基座350上的螺纹孔，拉压力传感器基座85的螺纹柱上安装轴向力加载座430，轴向力加载座430通过螺钉安装在横向挡板420中间位置，横向挡板420两边各有一通孔，一对轴向导力杆410的小直径端穿过该通孔，并用螺母固定，轴向导力杆410的另一个小直径端穿过固定套240受力耳上的通孔，并用螺母固定，实现轴向加载装置400与承载装置200的固接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图7所示，主轴回转精度检测装置500包括：测量基座510、回转仪垂直安装板520、磁性基座530、传感器安装座540、Y向传感器550、回转精度检测棒560、X向传感器570和Z向传感器580。

其中，回转精度检测棒560安装在承载装置上的筒夹；X向传感器570，Y向传感器550，Z向传感器580安装在传感器安装座，通过螺钉松紧调节位置；传感器安装座与磁性基座530通过螺钉固接；磁性基座530通过磁力吸附在回转仪垂直安装板上，回转仪垂直安装板520底部有4个螺纹孔，呈T字型分布，与测量基座上的T形槽及相应的通孔配合，通过测量基座510底部的通孔与测量基座510安装在一起，测量基座510通过螺钉与地平铁900固接。

具体而言，该装置安装在轴向导力杆之间，回转精度检测棒560安装在承载装置200上的筒夹270；X向传感器570，Y向传感器550，Z向传感器580安装在传感器安装座540，通过其上的松紧螺钉调节位置至与Z向传感器580与回转精度检测棒560同轴，且各个传感器与回转精度检测棒560距离达到要求之内，之后拧紧；传感器安装座540与磁性基座530通过螺钉固接；磁性基座530通过电磁力吸附在回转仪垂直安装板520上，回转仪垂直安装板520底部有4个螺纹孔，呈T字型分布，与测量基座510上的T形槽及相应的通孔配合，通过测量基座510底部的通孔与回转仪垂直安装板520安装在一起，测量基座510四个边角上有4个通孔，通过螺钉与地平铁900固接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，如图8所示，气动控制装置600包括：三位五通阀620、气控比例阀630和固定板640。

其中，气控比例阀630、三位五通阀620安装在固定板640上，固定板640再安装在地平铁900上；气泵610、气控比例阀620、三位五通阀630、气缸330间通过气管连接，形成气控系统；NI信号采集系统700通过模拟量输出控制气控比例阀达到控制气压大小作用，NI信号采集系统700通过数字量输出控制三位五通阀620，达到气缸换向作用。

具体而言，3个气控比例阀630，3个三位五通阀620安装在固定板640上，固定板640安装在地平铁900上，气泵610的气管与气控比例阀630的进气口连接，气控比例阀630的出气口与三位五通阀620的进气口连接，三位五通阀620的正出气口与负出气口分别与气缸330的正进气口、负进气口连接，NI PXI控制器的模拟量输出连接比例阀630，控制气压大小，NI PXI控制器710的数字量输出连接三位五通阀620，控制气缸施力方向。

进一步地，NI信号采集系统700包括：振动传感器，温度传感器，电流传感器，速度传感器，拉压力传感器，NI PXI控制器710及相关板卡；NI PXI控制器及相关板卡与振动传感器，温度传感器，电流传感器，速度传感器，拉压力传感器，电主轴工控机，气控比例阀以及三位五通阀连接，形成信号采集与加载控制系统。

进一步而言，图9为根据本发明实施例的LabVIEW上位机控制程序界面图，该程序能够读取、实时显示、保存、分析、查看采集到的信号，控制加载力大小，通过串口控制电主轴启停、正反转与转速大小，并根据编写的加载谱文件实现自动加载。其中，上位机控制程序，上位机控制程序基于LabVIEW开发，通过NI PXI控制器控制加载系统。上位机控制程序能通过串口通信改变电主轴运行速度、方向并控制启停，上位机控制程序能通过NI信号采集系统采集、实时显示、存储、分析传感器信号。

根据本发明实施例提出的电主轴气动加载装置与状态监测系统，通过气动加载，使得主轴加载机构机械结构简单、紧凑，易于控制，且施加的载荷大小较大，其中通过径向力的合成能实现任意角度的径向力加载，并能够检测主轴回转精度，主轴各部位的振动、温度信号，主轴的电流、速度信号，施加的载荷力反馈信号等多项主轴运行状态信息，可应用于加工中心电主轴可靠性加载研究，从而达到模拟主轴实际工况，监测主轴性能与状态，最终评价其可靠性的目的。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种电主轴气动加载装置与状态监测系统，其特征在于，包括：

电主轴及其控制装置，包括电主轴、电主轴水冷装置与电主轴工控机；

承载装置，通过改装刀柄安装在所述电主轴上，包括所述改装刀柄、承载固定套装置，所述改装刀柄通过拉钉安装在所述电主轴上，所述承载固定套装置通过一对角接触球轴承与所述改装刀柄相连，所述改装刀柄随所述电主轴转动时，所述承载固定套装置保持静止；

径向力加载装置，包括径向安装基座、45°转接座、气缸、气缸芯连接座、第一拉压力传感器和径向力加载座，所述径向力加载装置为两套，以左右对称安装在地平铁上，并与所述承载装置固接；

轴向力加载装置，包括轴向安装基座、轴向调整基座、轴向垂直安装板、气缸芯连接座、气缸芯连接座、第二拉压力传感器、轴向力加载座、轴向挡板和轴向导力杆，所述轴向力加载装置通过固定套上的受力耳与所述承载装置固接；

主轴回转精度监测装置，包括测量基座、回转仪垂直安装板、磁性基座、传感器安装座、回转精度检测棒、X向传感器、Y向传感器和Z向传感器，所述回转精度检测棒安装在所述承载装置的改装刀柄上，所述X向传感器、Y向传感器和Z向传感器安装在所述传感器安装座上，以通过电容感应原理检测所述回转精度检测棒测点距离的变化值；

气动控制装置，包括气泵、气控比例阀、三位五通阀、固定板，所述气控比例阀与所述三位五通阀通过螺钉安装在所述固定板上，所述固定板安装在所述地平铁上；

NI信号采集系统，包括振动传感器、温度传感器、电流传感器、速度传感器、第三拉压力传感器，NI PXI控制器及相关板卡，所述振动传感器、所述温度传感器布置在所述电主轴的前轴承、所述承载装置的固定套以及所述地平铁上，所述电流传感器、所述速度传感器与所述电主轴反馈的三相输出相连接，所述第三拉压力传感器布置在各个加载装置上，所述NI信号采集系统通过模拟量输出控制所述气控比例阀达到控制气压大小作用，所述NI信号采集系统通过数字量输出控制所述三位五通阀，达到气缸换向作用；以及

上位机控制装置，控制加载系统，其中，所述上位机控制装置通过串口通信改变所述电主轴的运行速度、方向并控制启停，且通过所述NI信号采集系统采集、实时显示、存储、分析传感器信号。

2.根据权利要求1所述的电主轴气动加载装置与状态监测系统，其特征在于，所述改装刀柄的圆柱面经过预设加工，以通过角接触球轴承背对背安装连接所述承载固定套装置，所述轴承外圈与所述固定套为间隙配合，所述轴承内圈与所述改装刀柄为过盈配合，通过圆螺母调整预紧力，使所述轴承达到预设安装状态，所述改装刀柄头部安装拉钉，用于与所述主轴进行装配；所述改装刀柄尾部有筒夹与筒夹螺母，用于安装回转精度检测棒；

所述承载固定套装置包括所述固定套，所述固定套外部为八边形结构，左右两侧焊接有轴向受力耳，以安装所述轴向力加载装置；所述固定套内部为中间直径小、前后边直径大的工字型通孔，且前后两端安装所述轴承，所述轴承靠紧内部突出的工字型平台；所述固定套顶部设有螺纹通孔至工字型平台，以添加润滑油与安装所述振动传感器；所述固定套底部两侧各有4个螺纹孔，两个面的空间夹角为90°，以安装所述径向力加载装置；所述固定套两侧通过螺钉安装端盖，起到封装作用，其中一面安装有挡环与圆螺母，起到调整轴承预紧力作用。

3.根据权利要求1所述的电主轴气动加载装置与状态监测系统，其特征在于，第一径向力加载装置和第二径向力加载装置与所述承载装置固接，45°转接座底部有三个螺纹孔，安装座部分与底部成45°角，45°转接座与气缸先通过螺钉安装成一体，与所述径向安装基座的底部安装孔通过螺钉安装成一体；所述径向安装基座通过螺钉安装在地平铁预设位置上；所述气缸芯连接座通过螺纹柱安装在气缸伸缩杆上，基座部分用螺钉与所述拉压力传感器底座安装；所述拉压力传感器另一侧螺纹柱与所述径向力加载座的螺纹孔安装，所述径向力加载座基座部分通过螺钉与固定套上的螺纹孔安装在一起。

4.根据权利要求1所述的电主轴气动加载装置与状态监测系统，其特征在于，所述轴向调整基座底部有4个螺纹孔，呈T字分布，与所述轴向安装基座上的通孔通过螺钉从底部安装；所述轴向安装基座在轴向调整基座上横向调整位置后，再通过螺钉固接；所述轴向调整基座用螺钉安装在所述地平铁上；所述气缸用螺钉安装在轴向垂直安装板上；所述气缸芯连接座通过螺纹柱安装在气缸伸缩杆上，基座部分用螺钉与拉压力传感器底座安装；拉压力传感器另一侧螺纹柱与轴向力加载座的螺纹孔安装，所述轴向力加载座基座部分通过螺钉与轴向挡板中间的螺纹孔安装在一起；轴向挡板两侧有通孔，轴向挡板与轴向导力杆通过所述通孔配合，并用螺母固接。

5.根据权利要求1所述的电主轴气动加载装置与状态监测系统，其特征在于，所述回转精度检测棒安装在承载装置上的筒夹；所述X向传感器，Y向传感器，Z向传感器安装在所述传感器安装座，通过螺钉松紧调节位置；传感器安装座与磁性基座通过螺钉固接；磁性基座通过磁力吸附在回转仪垂直安装板上，回转仪垂直安装板底部有4个螺纹孔，呈T字型分布，与测量基座上的T形槽及相应的通孔配合，通过测量基座底部的通孔与测量基座安装在一起，测量基座通过螺钉与地平铁固接。

6.根据权利要求1所述的电主轴气动加载装置与状态监测系统，其特征在于，所述气控比例阀、所述三位五通阀安装在固定板上，固定板再安装在所述地平铁上；所述气泵、气控比例阀、三位五通阀、气缸间通过气管连接，形成气控系统；所述NI信号采集系统通过模拟量输出控制所述气控比例阀达到控制气压大小作用，所述NI信号采集系统通过数字量输出控制所述的三位五通阀，达到气缸换向作用。