CN110954322A - 一种主轴模拟振动加载试验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主轴模拟振动加载试验装置，包括底座，底座上安装有磁隙调节架和主轴安装架，磁隙调节架上设置有磁隙调节螺钉，主轴安装于主轴安装架上并由变频器驱动，主轴的前端安装有模拟刀柄，模拟刀柄上安装有模拟刀具轴芯，模拟刀具轴芯上安装有轴向调节环和模拟刀具体，模拟刀具体的螺旋槽内安装有模拟切削刃，模拟刀具体的正下方设置有弧形的励磁绕组，励磁绕组安装于绕组支架上。本发明借助安装于模拟刀具体螺旋槽内的模拟切削刃在励磁绕组形成的励磁磁场中的回转来模拟实际加工中刀具的切削运动，可对切削层厚度、铣削深度、主轴转速、刀具类型等振动影响因素进行模拟加载，模拟工况调节更快捷，模拟效果更真实。
Description
技术领域
本发明涉及一种机床主轴模拟试验装置，特别涉及一种对高速机床主轴工作中的振动进行模拟加载的试验装置。
背景技术
以高切削速度、高进给速度、高加工精度为主要特征的高速加工是当代先进制造技术之一。要发展和应用高速加工技术，性能优良的高速主轴是基础。随着对加工精度和加工速度要求的不断提高，对高速主轴可靠性与精度保持性要求越来越高，对主轴进行模拟工况加载试验以便准确掌握主轴的动静态特性是进行主轴可靠性与精度保持性评价的基础。当前对主轴进行模拟工况加载的研究很多，主要分为两个方向：一类是接触式加载，该加载方式受限于转速，常用于转速要求不高的试验；第二类是非接触式加载，常用于高速主轴试验，然而现有的关于主轴模拟工况加载的试验研究中，更多地集中在油气条件、转速、冷却/润滑、径向力以及轴向力等工况条件上，鲜有考虑振动工况的情况。
机床主轴系统是一个典型的轴承-转子系统，由于切削力的波动以及主轴系统自身结构设计的不对称和质量及材质分布不均等导致的回转不平衡，都将导致机床主轴工作过程中的振动。作为机床的关键部件，主轴的振动必然引起加工质量的变化以及随着时间推移加剧主轴工作精度的衰退。因而迫切需要建立一套机床高速主轴模拟振动加载试验装置来研究主轴的动静态特性。
发明内容
本发明针对当前高速主轴模拟振动加载试验方面的不足，提出一种实现简单、能模拟多种实际工况下主轴振动的非接触式振动加载试验装置。
实现上述目的的技术方案是：一种主轴模拟振动加载试验装置，包括底座，底座上安装有磁隙调节架和主轴安装架，主轴安装于主轴安装架上并由变频器驱动，主轴的前端安装有模拟刀柄，模拟刀柄上安装有模拟刀具轴芯，模拟刀具轴芯上安装有轴向调节环和模拟刀具体，模拟切削刃通过螺钉紧固于模拟刀具体的螺旋槽内，模拟刀具体借助刀具紧固螺钉与模拟刀具轴芯实现轴向联接；
所述模拟刀具体的前端设置有隔磁密封环，模拟刀具体的正下方设置有弧形励磁绕组，励磁绕组工作电流大小由电流调节器调节；
所述励磁绕组安装于绕组支架上，绕组支架的两侧设置有支架导柱，支架导柱的下端固定于磁隙调节架上，磁隙调节架上设置有磁隙调节螺钉；
所述模拟切削刃材料为永磁材料，模拟刀具体和轴向调节环材料为隔磁材料；
所述模拟切削刃为螺旋形，螺旋升角为30°；
所述模拟刀具体上螺旋槽为3条，螺旋槽沿模拟刀具体周向相距120°角均匀分布，螺旋槽螺旋升角为30°；
所述模拟刀柄与主轴之间的联接锥面锥度为7∶24。
本发明借助励磁绕组来模拟被切削工件，借助安装于刀柄的模拟刀具体在励磁绕组形成的励磁磁场中的回转来模拟实际加工中刀具的切削运动，借助安装于模拟刀具体的螺旋槽内的模拟切削刃来模拟实际的铣刀刃，借助模拟切削刃在励磁磁场中回转时切割磁力线所形成的磁场阻力来模拟切削过程中的切削力，借助模拟切削刃在磁场中的切入/切出来模拟铣削时铣刀的切入/切出，进而模拟铣削过程中的铣削力的波动以及由此引起的铣削加工中的振动，更接近实际工况。
本发明通过调整励磁绕组与模拟刀具体之间的励磁间隙来模拟铣削过程中的切削层厚度调节，通过调整模拟切削刃在励磁绕组所形成磁场中的位置来模拟铣刀的铣削深度，模拟工况调节更具体和真实。
本发明借助变频器来调节主轴转速，从而改变模拟切削刃切入/切出磁场的频率来改变主轴工作过程中的振动频率，不仅可以实现转速工况的加载，也可以实现在相同主轴转速下不同类型和不同切削刃铣刀的模拟振动加载，避免了频繁的模拟刀具体的更换，试验更方便。
本主轴模拟振动加载试验装置工作时，由变频器驱动主轴按设定转速回转，电源经电流调节器调节后为励磁绕组提供工作电流，主轴带动模拟刀具体在励磁绕组形成的磁场中回转，模拟切削刃切割磁力线形成磁场阻力，模拟切削刃在磁场中的切入/切出引起磁场阻力的波动以及模拟刀具体的振动。
本主轴模拟振动加载试验装置所用刀柄与主轴之间的联接采用通用的锥面锥度和刀柄结构，试验人员仅需要将制作的模拟刀具体、模拟切削刃以及模拟刀具轴芯等安装于购买的通用刀柄上即可，设备成本低；试验过程中，可实现切削层厚度、铣削深度、主轴转速、刀具类型等工况变化下主轴振动的模拟加载，模拟工况调节更快捷，模拟效果更真实。
附图说明
图1是主轴模拟振动加载试验装置的布局图。
图2是部分侧视图。
图中：主轴(1)，模拟刀柄(2)，轴向调节环(3)，模拟刀具轴芯(4)，模拟刀具体(5)，模拟切削刃(6)，刀具紧固螺钉(7)，隔磁密封环(8)，励磁绕组(9)，绕组支架(10)，支架导柱(11)，磁隙调节螺钉(12)，磁隙调节架(13)，底座(14)，螺栓(15)，主轴安装架(16)，电流调节器(17)，变频器(18)，电源(19)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，一种主轴模拟振动加载试验装置，包括底座(14)，底座(14)上安装有主轴安装架(16)和主轴(1)，主轴(1)的前端安装有模拟刀柄(2)，模拟刀柄(2)上安装有模拟刀具轴芯(4)，模拟刀具轴芯(4)上安装有轴向调节环(3)和模拟刀具体(5)，模拟切削刃(6)通过螺钉紧固于模拟刀具体(5)的螺旋槽内，模拟刀具体(5)借助刀具紧固螺钉(7)与模拟刀具轴芯(4)实现轴向联接；
所述模拟刀具体(5)的正下方设置有弧形的励磁绕组(9)，励磁绕组(9)安装于绕组支架(10)上，绕组支架(10)的两侧设置有支架导柱(11)，支架导柱(11)的下端固定于磁隙调节架(13)上，磁隙调节架(13)上设置有磁隙调节螺钉(12)，磁隙调节架(13)借助螺栓(15)固定于底座(14)上；
所述励磁绕组(9)的工作电流由电流调节器(17)调节，主轴(1)的转速通过变频器(18)调节；
所述模拟刀具体(5)的前端设置有隔磁密封环(8)；
所述模拟切削刃(6)为螺旋形，材料为永磁材料，螺旋升角为30°；
所述模拟刀具体(5)材料为隔磁材料；
所述轴向调节环(3)材料为隔磁材料；
所述模拟刀具体(5)上螺旋槽为3条，螺旋槽沿模拟刀具体(5)周向相距120°角均匀分布，螺旋升角为30°；
所述模拟刀柄(2)与主轴(1)之间的联接锥面锥度为7∶24。
在本实施实例中：主轴模拟振动加载试验装置工作时，由变频器(18)设定工作频率进而驱动主轴(1)按设定转速回转，电源(19)经电流调节器(17)调节后为励磁绕组(9)提供工作电流，主轴(1)带动模拟刀具体(5)在励磁绕组(9)形成的磁场中回转，模拟切削刃(6)切割磁力线形成磁场阻力来模拟切削过程中的切削力，模拟刀具体(5)周向分布的模拟切削刃(6)用来模拟实际的铣刀刃，模拟切削刃(6)在磁场中的切入/切出用来模拟铣刀切削工件时的切入/切出，进而模拟铣削过程中的铣削力的波动以及由此引起的铣削加工中的振动，实现模拟振动加载。
在本实施实例中：通过电流调节器(17)调节励磁电流的大小从而调节励磁磁场强度。
在本实施实例中：借助励磁绕组(9)模拟被切削工件，通过磁隙调节螺钉(12)调节绕组支架(10)的高度，进而调整励磁绕组(9)与模拟刀具体(5)之间的励磁间隙，以此来模拟铣削过程中的切削层厚度调节。
在本实施实例中：通过更换不同厚度的轴向调节环(3)来改变模拟刀具体(5)在模拟刀具轴芯(4)的轴向安装位置，进而改变模拟切削刃(6)在励磁绕组(9)所形成磁场中的实际励磁工作长度，以此来模拟铣刀的铣削深度。
在本实施实例中：通过调整变频器(18)的工作频率来调节主轴(1)的转速，从而改变主轴(1)工作过程中的振动频率，进而也可实现在相同主轴转速下不同切削刃铣刀的模拟振动加载。
在本实施实例中：可通过更换具有不同螺旋升角的模拟刀具体(5)和模拟切削刃(6)以及具有不同螺旋槽数量的模拟刀具体(5)来模拟刀具类型的改变。
Claims (1)
1.一种主轴模拟振动加载试验装置，其特征在于，它包括：底座(14)，安装于底座(14)上的磁隙调节架(13)和主轴安装架(16)，主轴(1)安装于主轴安装架(16)上并由变频器(18)驱动，主轴(1)的前端安装有模拟刀柄(2)，模拟刀柄(2)上安装有模拟刀具轴芯(4)，模拟刀具轴芯(4)上安装有隔磁材料制作的模拟刀具体(5)和轴向调节环(3)，模拟刀具体(5)的前端设置有隔磁密封环(8)，永磁材料制作的模拟切削刃(6)通过螺钉紧固于模拟刀具体(5)的螺旋槽内，模拟刀具体(5)的正下方设置有弧形的励磁绕组(9)，励磁绕组(9)安装于绕组支架(10)上，绕组支架(10)的两侧设置有支架导柱(11)，支架导柱(11)的下端固定于磁隙调节架(13)上，磁隙调节架(13)上设置有磁隙调节螺钉(12)；
所述模拟切削刃(6)为螺旋形，螺旋升角为30°；
所述模拟刀具体(5)上螺旋槽为3条，螺旋槽沿模拟刀具体(5)周向相距120°角均匀分布，螺旋升角为30°。
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