CN111912613A - 交变载荷作用下电主轴回转精度测量试验台及试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种交变载荷作用下电主轴回转精度测量试验台及试验方法，试验台主要包括电主轴、加载装置、连接装置和精度测量系统。电主轴与加载装置固定于试验平台，加载装置对电主轴施加交变载荷；连接装置连接电主轴与气动冲击装置，使冲击力作用于电主轴的刀柄；精度测量系统安装于测量平台，用于测量时时的交变载荷信号和主轴回转精度。本发明的技术方案是利用气动装置对电主轴进行交变载荷加载，并用电容式位移传感器对加载前后的主轴回转精度进行测量；同时，用压电式力传感器测量交变载荷信号。采用该装置能够对电主轴进行不同频率和幅值的交变载荷试验，确定影响主轴精度的交变载荷的频率范围和幅值范围。

Description

交变载荷作用下电主轴回转精度测量试验台及试验方法

技术领域

本发明涉及机床电主轴动力性试验技术，具体涉及一种交变载荷作用下电主轴回转精度测量试验台及试验方法。

技术背景

现代机械制造业正朝着高精度、高速度、高效率的方向飞速发展，这对机床提出了更高的要求。高速电主轴是实现机床高速化的重要部件，它的性能在一定程度上决定了加工机床的整体发展水平。因此高速加工机床对高速电主轴的技术指标有着苛刻的要求，其动态性能也称为结构设计和机床运行中的首要问题。研究机床电主轴的动态特性不仅可以有效地反映机床的可靠性，还能通过映射关系反映零件加工的精度。

因此，为研究机床电主轴在交变载荷下的精度保持性，急需一种电主轴交变载荷试验台以及一种行之有效的试验方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：设计一种模拟机床电主轴受到交变载荷的试验台，它能测量电主轴在受到交变载荷后的加工精度。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：一种交变载荷作用下电主轴回转精度测量试验台，试验台主要包括电主轴、加载装置、连接装置和精度测量系统。电主轴与加载装置固定于试验平台，加载装置对电主轴施加交变载荷；连接装置连接电主轴与气动冲击装置，使冲击力作用于电主轴；精度测量系统安装于测量平台，用于测量时时的交变载荷信号和主轴回转精度。

所述加载装置包括抱夹装置、主轴底座、试验平台、螺栓和螺母、支架、气缸、滑套、弹簧、滑动杆、内六角螺钉、调整垫片、气动软管、电控换向阀、压力调节阀、空气泵和延时继电器。电主轴由抱夹装置安装于主轴底座，并通过螺栓螺母固定，电主轴底座固定于实验平台；支架固定于试验平台；气缸和滑套通过内六角螺钉固定于支架，调整垫片安装于气缸和支架之间；弹簧用于缓冲，安装于滑套内，且气缸轴线、滑套轴线和弹簧轴线三者重合；电控换向阀由延时继电器控制，两端通过气动软管连接气缸和压力调节阀；压力调节阀一端连接电控换向阀，另一端连接空气泵。

所述连接装置包括轴承套、轴承、孔用弹性挡圈和锁紧螺母。轴承套与滑动杆通过锁紧螺母连接，且轴承套轴线与滑动杆轴线相互垂直；轴承安装于轴承套与电主轴之间，轴承内圈连接电主轴，轴承外圈连接轴承套，且轴承轴线、轴承套轴线和电主轴轴线三者重合；弹性挡圈安装于轴承套的凹槽，用于固定轴承。

所述精度测量系统包括电容式位移传感器、压电式力传感器、信号处理器和电脑。电容式位移传感器末端固定在电主轴前端，用于测量电主轴回转精度，另一端连接信号处理器；压电式力传感器用于测量交变载荷信号，一端固定于弹簧和滑动杆之间，另一端连接信号处理器；信号处理器集数据采集、信号放大、数字信号转换等功能于一身，放置于测量平台，通过数据线将数据传输给电脑；电脑放置于测量平台，处理分析来自信号处理器的位移信号。

本发明的第二个技术方案是一种交变载荷作用下电主轴回转精度测量试验台的试验方法，具体步骤如下：

1)打开信号处理器并预热20min，安装电容式位移传感器；

2)配置伺服系统参数，启动电主轴；

3)启动主轴回转精度测试软件，测量得到交变载荷作用前的主轴回转精度；

4)伺服系统控制电主轴停转，拆卸电容式位移传感器，配置伺服系统参数，启动电主轴并使其保持要求转速；

5)打开空气泵，开启延时继电器并设置间隔时间，气缸往复运动产生的交变载荷作用于主轴；

6)压电式力传感器将力信号传递给信号处理器，并通过电脑显示；

7)伺服系统控制电主轴停转，安装电容式位移传感器，伺服系统控制电主轴启动；

8)测量得到交变载荷作用后的主轴回转精度，分析交变载荷作用前后的主轴回转精度变化；

9)通过改变延时继电器时间间隔改变交变载荷频率；控制压力调节阀改变气动冲击压力，从而改变交变载荷幅值；

10)重复步骤2到9，交变载荷频率和幅值对主轴回转精度变化的影响，确定影响主轴精度的交变载荷的频率范围和幅值范围。

与现有电主轴试验台相比，具有以下有益效果：

1.可分析电主轴的精度变化

本发明具有精度测量系统，包括电容式位移传感器、信号处理器和电脑；安装电容式位移传感器，启动电主轴并测量电主轴回转精度；交变载荷作用后测量电主轴回转精度，可分析交变载荷前后的精度变化。

2.调节交变载荷更方便

本发明具有加载装置装置，包括气缸、电控换向阀、压力调节阀、延时继电器等部件；改变延时继电器的间隔时间，从而控制电控换向阀和气缸，调节交变载荷的频率；控制压力调节阀改变气动冲击压力，就能改变交变载荷幅值。所以本发明调节交变载荷的频率和幅值更方便。

3.制造简单，通用性强

本发明所述的交变载荷试验台中固定电主轴的零件都是通用配件，可根据不同电主轴型号，更改零件尺寸；本发明的连接装置包括轴承、轴承套的直径也可根据电主轴尺寸调整。

4.可靠性强，寿命更长，环境友好

(1)本发明加载装置的动力源为气动泵，介质为空气，与液压传动的液压介质比不易燃烧，使用更安全。

(2)本发明交变载荷试验台的气缸元件有效运动次数约百万次；电控换向阀元件寿命大于3000万次。

(3)气动冲击装置的工作介质为取之不尽的空气，排气处理简单，不污染空气且成本低。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明加载装置剖视图。

图3为本发明滑套图：a-主视图；b-左视图。

图4为本发明轴承套图：a-主视图；b-剖视图。

图5为本发明支架图：a-主视图；b-左视图；c-后视图；d-俯视图。

图6为本发明的试验流程图。

图7为本发明回转精度数据处理流程图。

图中：1-电脑，2-电容式位移传感器，3-气缸，4-气动软管，5-螺母，6-电控换向阀，7-试验平台，8-压力调节阀，9-延时继电器，10-螺栓，11-抱夹装置，12-主轴底座，13-电主轴，14-支架，15-信号处理器，16-测量平台，17-调整垫片，18-内六角螺钉，19-压电式力传感器，20-内六角螺钉，21-锁紧螺母，22-孔用弹性挡圈，23-轴承，24-轴承套，25-滑动杆，26-滑套，27-弹簧，28-支架。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，依据本发明的教导所作的任何变更或替换，均属于本发明的保护范围。

如图1至5所示，本发明包括电主轴、电主轴支撑部分、气动冲击装置、连接装置和精度测量系统。电主轴支撑部分上固定电主轴13和气动冲击装置；连接装置连接电主轴13与气动冲击装置，使冲击力作用于电主轴13；精度测量系统安装于测量平台16。

所述加载装置包括抱夹装置11、主轴底座12、试验平台7、螺栓10和螺母5、支架28、气缸3、滑套26、弹簧27、滑动杆25、内六角螺钉18、内六角螺钉20、调整垫片17、气动软管4、电控换向阀6、延时继电器9和空气泵。电主轴13由抱夹装置11安装于主轴底座12，并通过螺栓10和螺母5固定，主轴底座12固定于试验平台7；支架28固定于试验平台7；气缸3通过内六角螺钉18固定于支架，滑套26通过内六角螺钉20固定于支架28，调整垫片17安装于气缸3和支架28之间；弹簧27用于缓冲，安装于滑套26内，且气缸3的轴线、滑套26的轴线和弹簧27的轴线三者重合；电控换向阀6由延时继电器9控制，电控换向阀6的两端通过气动软管4分别连接气缸3和压力调节阀8；压力调节阀8一端连接电控换向阀6，另一端连接空气泵。

所述连接装置包括轴承套24、轴承23、孔用弹性挡圈22和锁紧螺母21。轴承套24与滑动杆25通过锁紧螺母21连接，且轴承套24的轴线与滑动杆25的轴线相互垂直；轴承23安装于轴承套24与电主轴13之间，内圈固定于电主轴13，外圈固定于轴承套24，且轴承23的轴线、轴承套24的轴线和电主轴13的轴线三者重合；孔用弹性挡圈22安装于轴承套24的凹槽，用于固定轴承23。

所述精度测量系统包括电容式位移传感器2、压电式力传感器19、信号处理器15和电脑1。电容式位移传感器2末端非接触式固定在电主轴13前端，用于测量主轴回转精度，另一端连接信号处理器15；压电式力传感器19用于测量交变载荷信号，一端固定于弹簧27和滑动杆25之间，另一端连接信号处理器；信号处理器15集数据采集、信号放大、数字信号转换等功能于一身，放置于测量平台16，通过数据线将数据传输给电脑1；电脑1放置于测量平台16，处理分析来自信号处理器15的位移信号。

如图6所示，本发明的试验方法具体如下：

打开信号处理器15并预热20min，安装电容式位移传感器2；配置伺服系统参数，启动电主轴13；启动主轴回转精度测试软件，测量得到交变载荷作用前的主轴回转精度；伺服系统控制电主轴13停转，拆卸电容式位移传感器2，配置伺服系统参数，启动电主轴13并使其保持要求转速；打开空气泵，开启延时继电器9并设置间隔时间，气缸3的交变运动产生的力作用于弹簧27，使弹簧27压缩产生交变载荷作用于主轴13；压电式力传感器19将力信号传递给信号处理器15，并通过电脑1显示；伺服系统控制电主轴13停转，安装电容式位移传感器2，伺服系统控制电主轴13启动，测量交变载荷作用后的主轴回转精度；通过改变延时继电器15的间隔改变交变载荷频率；控制压力调节阀8改变气动冲击压力，从而改变交变载荷幅值；重复以上步骤，分析交变载荷的频率和幅值对主轴回转精度变化的影响，确定影响主轴精度的交变载荷的频率范围和幅值范围。

Claims (5)

1.交变载荷作用下电主轴回转精度测量试验台，其特征在于，主要包括电主轴、加载装置、连接装置和精度测量系统；电主轴与加载装置固定于试验平台，加载装置对电主轴施加交变载荷；连接装置连接电主轴与气动冲击装置，使冲击力作用于电主轴的刀柄；精度测量系统安装于测量平台。

2.根据权利要求1所述的交变载荷作用下电主轴回转精度测量试验台，其特征在于，所述加载装置包括抱夹装置、主轴底座、试验平台、螺栓和螺母、支架、气缸、滑套、弹簧、滑动杆、内六角螺钉、调整垫片、气动软管、电控换向阀、压力调节阀、空气泵和延时继电器；电主轴由抱夹装置安装于主轴底座，并通过螺栓螺母固定，电主轴底座固定于实验平台；支架固定于试验平台；气缸和滑套通过内六角螺钉固定于支架，调整垫片安装于气缸和支架之间；弹簧用于缓冲，安装于滑套内，且气缸轴线、滑套轴线和弹簧轴线三者重合；电控换向阀由延时继电器控制，两端通过气动软管连接气缸和压力调节阀；压力调节阀一端连接电控换向阀，另一端连接空气泵。

3.根据权利要求1所述的交变载荷作用下电主轴回转精度测量试验台，其特征在于，所述连接装置包括轴承套、轴承、孔用弹性挡圈和锁紧螺母；轴承套与滑动杆通过锁紧螺母连接，且轴承套轴线与滑动杆轴线相互垂直；轴承安装于轴承套与电主轴之间，轴承内圈连接电主轴，轴承外圈连接轴承套，且轴承轴线、轴承套轴线和电主轴轴线三者重合；弹性挡圈安装于轴承套的凹槽，用于固定轴承。

4.根据权利要求1所述的交变载荷作用下电主轴回转精度测量试验台，其特征在于，所述精度测量系统包括电容式位移传感器、压电式力传感器、信号处理器和电脑；

电容式位移传感器末端固定在电主轴前端，用于测量电主轴回转精度，另一端连接信号处理器；

压电式力传感器用于测量交变载荷信号，一端固定于弹簧和滑动杆之间，另一端连接信号处理器；

信号处理器集数据采集、信号放大、数字信号转换等功能于一身，放置于测量平台，通过数据线将数据传输给电脑；

电脑放置于测量平台，处理分析来自信号处理器的位移信号。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的交变载荷作用下电主轴回转精度测量试验台的试验方法，其特征在于，具体步骤如下：

1)打开信号处理器并预热，安装电容式位移传感器；

2)配置伺服系统参数，启动电主轴；

3)启动主轴回转精度测试软件，测量得到交变载荷作用前的主轴回转精度；

4)伺服系统控制电主轴停转，拆卸电容式位移传感器，配置伺服系统参数，启动电主轴并使其保持要求转速；

5)打开空气泵，开启延时继电器并设置间隔时间，气缸往复运动产生的交变载荷作用于主轴；

6)压电式力传感器将力信号传递给信号处理器，并通过电脑显示；

7)伺服系统控制电主轴停转，安装电容式位移传感器，伺服系统控制电主轴启动；

8)测量得到交变载荷作用后的主轴回转精度，分析交变载荷作用前后的主轴回转精度变化；

9)通过改变延时继电器时间间隔改变交变载荷频率；控制压力调节阀改变气动冲击压力，从而改变交变载荷幅值；

10)重复步骤2到9，交变载荷频率和幅值对主轴回转精度变化的影响，确定影响主轴精度的交变载荷的频率范围和幅值范围。

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