CN113074939B - 一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法及装置 - Google Patents

一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113074939B
CN113074939B CN202110358740.2A CN202110358740A CN113074939B CN 113074939 B CN113074939 B CN 113074939B CN 202110358740 A CN202110358740 A CN 202110358740A CN 113074939 B CN113074939 B CN 113074939B
Authority
CN
China
Prior art keywords
radial force
axial
loading
electromagnet
radial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110358740.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113074939A (zh
Inventor
李平
陈启愉
黄栋
冼荣彬
李小民
郭伟科
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institute of Intelligent Manufacturing of Guangdong Academy of Sciences
Original Assignee
Institute of Intelligent Manufacturing of Guangdong Academy of Sciences
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institute of Intelligent Manufacturing of Guangdong Academy of Sciences filed Critical Institute of Intelligent Manufacturing of Guangdong Academy of Sciences
Priority to CN202110358740.2A priority Critical patent/CN113074939B/zh
Publication of CN113074939A publication Critical patent/CN113074939A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113074939B publication Critical patent/CN113074939B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts
    • G01M13/02—Gearings; Transmission mechanisms
    • G01M13/027—Test-benches with force-applying means, e.g. loading of drive shafts along several directions

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

本发明公开一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法及装置，该方法通过径向力气隙调节机构调节弧形电磁铁与径向力轴之间的气隙，通过轴向力气隙调节机构调节平面电磁铁与轴向加载盘之间的气隙；然后工控机经过A/D转换器后，控制变频器开始工作，确定电主轴的转速；工控机控制可编程电源改变弧形电磁铁以及平面电磁铁的电流大小，弧形电磁铁对径向力轴进行径向力加载，平面电磁铁对轴向加载盘进行轴向力加载；径向力传感器采集径向力轴的实时载荷，并将该实时载荷发送至工控机；轴向力传感器采集轴向加载盘的实时载荷，并将该实时载荷发送至工控机。该方法不仅能够灵活调节电磁铁与加载对象的气隙，还能同时施加径向力和轴向力的加载功能。

Description

一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法及装置
技术领域
本发明涉及数控机床电主轴实验技术领域，具体涉及一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法及装置。
背景技术
高端数控机床是装备制造业的技术基础和发展方向之一，高端数控机床的技术水平高低是衡量一个国家制造业水平高低的标志。电主轴作为高端数控机床的关键功能部件之一，生产高质量的电主轴，离不开电主轴性能检测这一重要环节。电主轴的可靠性对整机的可靠性水平具有重要影响，其动态特性决定了机床加工速度、精度及可靠性。
现有测试方法所施加的力载荷往往根据经验或载荷谱编制方法获得，载荷多为静定值或简单规律的模拟，与实际工况的受载情况存在偏差，故开展高速电主轴负载时的动态特性试验，旨在更真实地模拟电主轴加工工况，为测试电主轴功能部件设计的可靠性提供试验环境，以进一步完善电主轴性能，优化电主轴结构设计。高速电主轴的载荷试验需要有一套加载装置，以模拟高速电主轴的切削负载，实现高精度非接触式力加载，并对加载力进行测试分析。
目前，高速电主轴切削力的模拟加载测试主要方法有接触式和非接触式两种。接触式的加载方式大多通过将主轴安装于带轴承的支座中，通过对支座施力的方式间接作用到主轴上，力的来源多种多样，对于主轴转速较低的工况，接触式加载可满足要求。但对于高速电主轴，若采用接触式加载，高速运转时会产生大量摩擦热及机械磨损，难以实现加载控制和高速电主轴负载时的稳定运行，力控制精度无法保证。为了解决上述问题，通常采用非接触式方法，主要采用电磁加载装置，但是，现有的电磁加载装置还存在以下不足：
1、电磁铁与加载对象间的气隙越小则漏磁越少，磁力更易得到保证；现有的电磁加载装置采用加工及装配公差的方式，难以保证加载对象与电磁铁具有较小气隙，并且气隙大小在使用过程中不可调节，灵活性低。
2、加载方式单一，不具备同时施加径向力和轴向力的加载功能。
发明内容
本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法，该方法能够灵活调节电磁铁与加载对象的气隙，进而保证电磁铁与加载对象具有较小间隙，从而提高电主轴测试稳定性；另外，该方法还能同时施加径向力和轴向力的加载功能，加载方式多，使用方便。
本发明的另一个目的在于提供一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载装置。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法，包括以下步骤：
(1)通过径向力气隙调节机构调节弧形电磁铁与径向力轴之间的气隙，通过轴向力气隙调节机构调节平面电磁铁与轴向加载盘之间的气隙；并确定弧形电磁铁与径向力轴之间的气隙以及平面电磁铁与轴向加载盘之间的气隙；
(2)工控机发送控制指令，经过A/D转换器进行模数转换后，发送至变频器，并控制变频器开始工作；
(3)工控机设定变频器的频率，确定电主轴的转速，从而确定径向力轴与轴向加载盘的转速；
(4)工控机向可编程电源发送控制指令；
(5)可编程控电源改变弧形电磁铁以及平面电磁铁的电流大小，从而改变了弧形电磁铁以及平面电磁铁的电磁力大小，使得弧形电磁铁对径向力轴进行径向力加载，平面电磁铁对轴向加载盘进行轴向力加载；
(6)径向力传感器采集径向力轴的实时载荷，并将该实时载荷发送至工控机；轴向力传感器采集轴向加载盘的实时载荷，并将该实时载荷发送至工控机；
(7)工控机根据接收的实时载荷，判断该实时载荷是否达到阈值，如果达到阈值，判断载荷曲线是否加载完成，如果完成，则完成加载测试，如果未完成，重复步骤(4)-(7)；如果未到达阈值，重复步骤(5)-(7)。
本发明的一个优选方案，其中，步骤(5)中，可编程电源的电流输出至第一变送器和第二变送器，其中，经过第一变送器后输入至弧形电磁铁，经过第二变送器后输入至平面电磁铁。通过设置第一变送器和第二变送器，对可编程电源的电流信号进行检测，提高了控制精度，使得对弧形电磁铁和平面电磁铁控制更加可靠。
一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载装置，包括加载模块以及电气模块，其中，
所述加载模块包括底座、电主轴、径向力加载机构以及轴向力加载机构，其中，所述电主轴与底座之间设有支座，该电主轴转动安装在所述支座上，该支座固定安装在所述底座上，其中，所述径向力加载机构包括固定设置在所述底座上的径向力基座、转动设置在所述径向力基座上的径向力轴以及用于对径向力轴进行径向力加载的径向力加载组件，其中，所述径向力轴与所述电主轴同轴设置，该径向力轴的其中一端与所述电主轴连接；所述径向力加载组件包括设置在所述径向力基座上的安装块、设置在所述安装块上的径向磁力轴、设置在所述径向磁力轴上的径向力传感器以及设置在径向力传感器上的弧形电磁铁；其中，所述径向磁力轴与安装块之间设有用于调节所述弧形电磁铁与径向力轴之间气隙的径向力气隙调节机构；所述轴向力加载机构包括设置在所述径向力轴另一端的轴向加载盘以及设置在所述底座上用于对轴向加载盘进行轴向力加载的轴向力加载组件，其中，所述轴向加载盘与径向力轴同轴设置，所述轴向力加载组件包括设置在底座上的轴向力基座、设置在所述轴向力基座上的轴向磁力轴、平面电磁铁以及设置在轴向磁力轴与平面电磁铁之间的轴向力传感器，所述轴向力传感器、轴向磁力轴以及平面电磁铁同轴设置，该轴向力传感器一端与所述轴向力传感器连接，另一端与所述平面电磁铁连接；其中，所述轴向力基座与径向力基座之间设有用于调节所述平面电磁铁与轴向加载盘之间气隙的轴向力气隙调节机构；
所述电气模块包括工控机、可编程电源、A/D转换器、变频器、第一变送器以及第二变送器，其中，所述电主轴与所述变频器的输出端连接；所述A/D转换器的输入端与所述工控机的输出端连接，输出端与所述变频器的输入端连接；所述弧形电磁铁与所述第一变送器的输出端连接；所述平面电磁铁与所述第二变送器的输出端连接；所述可编程电源的输入端与所述工控机的输出端连接，输出端分别与所述第一变送器以及第二变送器的输入端连接；所述径向力传感器和轴向力传感器分别与所述工控机的输入端连接。
上述高速电主轴瞬态动载荷模拟加载装置的工作原理是：
工作时，首先通过径向力气隙调节机构，可以调节径向力传感器位置，从而实现弧形电磁铁与径向力轴之间气隙调节，并确定弧形电磁铁与径向力轴之间的气隙；通过轴向力气隙调节机构，可以实现平面电磁铁与轴向加载盘之间气隙的气隙调节，并确定平面电磁铁与轴向加载盘之间的气隙；然后工控机发送控制指令，经过A/D转换器进行模数转换后，发送至变频器，并控制变频器开始工作，工控机设定变频器的频率，确定电主轴的转速，从而确定径向力轴与轴向加载盘的转速；工控机向可编程电源发送控制指令；可编程控电源改变电流大小经过第一变送器后，输出至弧形电磁铁，进而改变弧形电磁铁的电磁力大小，对弧形电磁铁对径向力轴进行径向力加载；可编程控电源改变电流大小经过经过第二变送器后，输出至平面电磁铁，进而改变平面电磁铁的电磁力大小，对平面电磁铁对轴向加载盘进行轴向力加载；接着径向力传感器采集径向力轴的实时载荷，并将该实时载荷发送至工控机；轴向力传感器采集轴向加载盘的实时载荷，并将该实时载荷发送至工控机，工控机接收的实时载荷，判断是否完成加载测试，如果完成，关闭电主轴，如果为完成，继续对径向力轴和平面加载盘进行加载，直到完成加载测试。
本发明的一个优选方案，其中，所述径向力气隙调节机构包括设置在所述安装块上的调节孔以及沿着所述调节孔周围均匀分布的多个用于调节径向磁力轴沿着调节孔运动的调节螺栓，所述调节孔朝着所述径向力轴的径向方向延伸，所述径向磁力轴穿过所述调节孔并滑动连接在所述调节孔上；所述调节螺栓穿过所述安装块并与所述径向力磁轴的下端连接；所述径向磁力轴的上端设有用于锁紧所述径向磁力轴的锁紧螺母。采用上述结构，通过调节上述调节螺栓，将轴向磁力轴沿着调节孔的向下顶出，随着轴向磁力轴向下运动，也同时带动径向力传感器和弧形电磁铁向下运动，直到运动到合适位置，通过拧紧锁紧螺母，使得径向磁力轴锁紧在安装块上，完成了弧形电磁铁与径向力轴之间的气隙调节，保证了弧形电磁铁与径向力轴之间具有较小的气隙，进而保证弧形电磁铁具备足够的电磁力实现非接触加载。
优选地，所述径向力加载机构还包括安装壳体，其中，所述径向磁力轴、径向力传感器以及弧形电磁铁均安装在所述安装壳体上，所述安装壳体的外表面设有用于检测径向磁力轴在调节孔中移动位移的位移传感器。通过设置安装壳体，便于径向磁力轴、径向力传感器以及弧形电磁铁的安装，另外，设置位移传感器，便于显示径向磁力轴所需的调节位移量，通过该位移传感器，可以形成闭环微调机构，提高了径向磁力轴调节精度，进而提高了弧形电磁铁与径向力轴之间气隙的调节精度，并能够实现弧形电磁铁与径向力轴之间气隙的可视化调节，提高气隙设定的准确性。
优选地，所述安装块与径向力基座之间设有用于调节所述径向力加载组件的位置的位置调节机构，该位置调节机构包括设置在安装块上的安装槽、设置在径向力基座上端且与所述安装槽滑动配合的弧形导向部以及用于将安装块固定在固定在径向力基座上的固定件，其中，所述弧形导向部的圆心与径向力轴的轴线重合。采用上述结构，安装块中的安装槽可以沿着弧形导向部进行滑动，实现了径向力加载组件可以沿着弧形导向部进行同心滑动，使得径向力加载组件可以对径向力轴实现360度的周向加载，通过固定件，可以灵活将安装块固定在弧形导向部中的任意位置，实现多角度径向力的加载，提高了径向力加载的灵活性。
优选地，所述轴向力气隙调节机构包括设置在轴向力基座与底座之间用于引导所述轴向力基座沿着径向力轴的轴向方向运动导向组件以及设置在轴向力基座与径向力基座之间的调节组件。采用上述结构，通过调节组件可以调节轴向力基座沿着导向组件引导的方向运动，进而实现平面电磁铁与轴向加载盘之间的气隙调节。
进步一地，所述导向组件包括设置在底座上的导向槽以及设置在所述轴向力基座上且与所述导向槽滑动配合的滑块。通过设置导向槽与滑块，能够提高轴向力基座在底座上运动的稳定性。
优选地，所述调节组件为调节杆，该调节杆的轴线与径向力轴的轴线平行，所述调节杆的一端与所述径向力基座连接，另一端与所述轴向力基座连接。通过调节该调节杆的长度，进而带动径向力基座沿着导向槽滑动，从而实现平面电磁铁与轴向加载盘之间的气隙调节，保证了平面电磁铁与轴向加载盘之间具有较小的气隙，进而保证平面电磁铁具备足够的电磁力实现非接触加载。
优选地，所述电主轴与径向力轴之间通过弹性联轴器连接。通过设置弹性联轴器，可以实现电主轴与径向力轴之间的动力连接。
优选地，所述径向力轴通过轴承安装在所述径向力基座上。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明中的高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法，通过径向力气隙调节机构与轴向力气隙调节机构，保证了径向力轴与弧形电磁铁之间以及轴向加载盘与平面电磁铁之间具有较小的气隙，从而保证径向力轴与轴向加载盘具备足够的电磁力以实现非接触加载，从而提高电主轴测试稳定性。
2、本发明中的高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法，通过弧形电磁铁对径向力轴进行径向力加载，通过平面电磁铁对轴向加载盘进行轴向力加载，实现了同时施加径向力和轴向力的加载功能，加载方式多，使用更加方便。
3、本发明的优选方案中，通过设置位置调节机构，安装块中的安装槽可以沿着弧形导向部进行滑动，实现了径向力加载组件可以沿着弧形导向部进行同心滑动，使得径向力加载组件可以对径向力轴实现360度的周向加载，通过固定件，可以灵活将安装块固定在弧形导向部中的任意位置，实现多角度径向力的加载，提高了径向力加载的灵活性。
附图说明
图1为本发明中一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法的流程图。
图2为本发明中的一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载装置的结构示意图。
图3-图6为本发明中的加载模块的结构示意图，其中，图3为立体图，图4为主视图，图5为左视图，图6为俯视图。
图7为本发明中的径向力加载机构的内部结构剖视图。
图8为图3中A处的局部放大图。
图9为本发明中的电磁铁吸附面与导磁体的磁吸结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例1
参见图1-图4，本实施例公开一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法，包括以下步骤：
(1)通过径向力气隙调节机构6调节弧形电磁铁3-6与径向力轴3-2之间的气隙，通过轴向力气隙调节机构7调节平面电磁铁4-4与轴向加载盘4-1之间的气隙；并确定弧形电磁铁3-6与径向力轴3-2之间的气隙以及平面电磁铁4-4与轴向加载盘4-1之间的气隙；
(2)检测设备运行是否正常，若正常，工控机开始工作，若不正常，检查各部件状态，直到设备运行正常；
(3)工控机发送控制指令，经过A/D转换器进行模数转换后，发送至变频器，并控制变频器开始工作；
(4)工控机设定变频器的频率，确定电主轴2的转速，从而确定径向力轴3-2与轴向加载盘4-1的转速；
(5)工控机向可编程电源发送控制指令，可编程电源改变电流大小，将电流输出至第一变送器和第二变送器，其中，经过第一变送器后输入至弧形电磁铁3-6，经过第二变送器后输入至平面电磁铁4-4；
(6)弧形电磁铁3-6以及平面电磁铁4-4根据不同的电流大小，进而改变弧形电磁铁3-6以及平面电磁铁4-4的电磁力的大小，使得该弧形电磁铁3-6对径向力轴3-2进行径向力加载，该平面电磁铁4-4对轴向加载盘4-1进行轴向力加载；
(7)径向力传感器3-5采集径向力轴3-2的实时载荷，并将该实时载荷发送至工控机；轴向力传感器4-5采集轴向加载盘4-1的实时载荷，并将该实时载荷发送至工控机；
(8)工控机根据接收的实时载荷，判断该实时载荷是否达到阈值，如果达到阈值，判断载荷曲线是否加载完成，如果完成，则完成加载测试，如果未完成，重复步骤(5)-(8)；如果未到达阈值，重复步骤(6)-(8)。
参见图1和图3，本实施例还公开一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载装置，包括加载模块以及电气模块。
参见图1和图3，所述加载模块包括底座1、电主轴2、径向力加载机构3以及轴向力加载机构4，其中，所述电主轴2与底座1之间设有支座5，该电主轴2转动安装在所述支座5上，该支座5固定安装在所述底座1上。上述径向力加载机构3能够实现径向力加载，轴向力加载机构4能够实现轴向力的加载。
参见图3-图7，所述径向力加载机构3包括固定设置在所述底座1上的径向力基座3-1、转动设置在所述径向力基座3-1上的径向力轴3-2以及用于对径向力轴3-2进行径向力加载的径向力加载组件，其中，所述径向力轴3-2与所述电主轴2同轴设置，该径向力轴3-2的其中一端与所述电主轴2连接；所述径向力加载组件包括设置在所述径向力基座3-1上的安装块3-3、设置在所述安装块3-3上的径向磁力轴3-4、设置在所述径向磁力轴3-4上的径向力传感器3-5以及设置在径向力传感器3-5上的弧形电磁铁3-6；其中，所述径向磁力轴3-4与安装块3-3之间设有用于调节所述弧形电磁铁3-6与径向力轴3-2之间气隙的径向力气隙调节机构6。该径向力加载机构3为非接触式加载机构，通过弧形电磁铁3-6对径向力轴3-2进行径向力加载，径向力传感器3-5可以实时测量电磁力的大小，通过径向力气隙调节机构6，可以调节径向力传感器3-5位置，从而实现弧形电磁铁3-6与径向力轴3-2之间气隙调节，保证了径向力轴3-2具有较小的气隙，从而保证具备足够的电磁力实现非接触加载。
参见图3-图6，所述轴向力加载机构4包括设置在所述径向力轴3-2另一端的轴向加载盘4-1以及设置在所述底座1上用于对轴向加载盘4-1进行轴向力加载的轴向力加载组件，其中，所述轴向加载盘4-1与径向力轴3-2同轴设置，所述轴向力加载组件包括设置在底座1上的轴向力基座4-2、设置在所述轴向力基座4-2上的轴向磁力轴4-3、平面电磁铁4-4以及设置在轴向磁力轴4-3与平面电磁铁4-4之间的轴向力传感器4-5，所述轴向力传感器4-5、轴向磁力轴4-3以及平面电磁铁4-4同轴设置，该轴向力传感器4-5一端与所述轴向力传感器4-5连接，另一端与所述平面电磁铁4-4连接；其中，所述轴向力基座4-2与径向力基座3-1之间设有用于调节所述平面电磁铁4-4与轴向加载盘4-1之间气隙的轴向力气隙调节机构7。该轴向力加载机构4为非接触式加载机构，通过平面电磁铁4-4对轴向加载盘4-1进行轴向力加载，轴向力传感器4-5可以实时测量电磁力的大小，通过轴向力气隙调节机构7，可以调节轴向力传感器4-5位置，从而实现平面电磁铁4-4与轴向加载盘4-1之间气隙调节，保证了轴向加载盘4-1具有较小的气隙，从而保证具备足够的电磁力实现非接触加载。
参见图1，所述电气模块包括工控机、可编程电源、A/D转换器、变频器、第一变送器以及第二变送器，其中，所述电主轴与所述变频器的输出端连接；所述A/D转换器的输入端与所述工控机的输出端连接，输出端与所述变频器的输入端连接；所述弧形电磁铁3-6与所述第一变送器的输出端连接；所述平面电磁铁4-4与所述第二变送器的输出端连接；所述可编程电源的输入端与所述工控机的输出端连接，输出端分别与所述第一变送器以及第二变送器的输入端连接；所述径向力传感器3-5和轴向力传感器4-5分别与所述工控机的输入端连接。
参见图7，所述径向力气隙调节机构6包括设置在所述安装块3-3上的调节孔6-1以及沿着所述调节孔6-1周围均匀分布的多个用于调节径向磁力轴3-4沿着调节孔6-1运动的调节螺栓(图中未示出)，所述调节孔6-1朝着所述径向力轴3-2的径向方向延伸，所述径向磁力轴3-4穿过所述调节孔6-1并滑动连接在所述调节孔6-1上；所述调节螺栓穿过所述安装块3-3并与所述径向力磁轴3-4的下端连接；所述径向磁力轴3-4的上端设有用于锁紧所述径向磁力轴3-4的锁紧螺母6-2，该锁紧螺母6-2位于安装块3-3的上端，抵紧在安装块3-3的顶面，该径向磁力轴3-4的上端设有与所述锁紧螺母6-2配合的螺纹，其中，且该径向磁力轴3-4的上端直径小于调节孔6-1的直径。采用上述结构，通过调节上述调节螺栓，将轴向磁力轴3-4沿着调节孔6-1的向下顶出，随着轴向磁力轴3-4向下运动，也同时带动径向力传感器3-5和弧形电磁铁3-6向下运动，直到运动到合适位置，通过拧紧锁紧螺母6-2，使得径向磁力轴3-4锁紧在安装块3-3上，完成了弧形电磁铁3-6与径向力轴3-2之间的气隙调节，保证了弧形电磁铁3-6与径向力轴3-2之间具有较小的气隙，进而保证弧形电磁铁3-6具备足够的电磁力实现非接触加载。
参见图4和图7，所述径向力加载机构3还包括安装壳体3-7，其中，所述径向磁力轴3-4、径向力传感器3-5以及弧形电磁铁3-6均安装在所述安装壳体3-7上，所述安装壳体3-7的外表面设有用于检测径向磁力轴3-4在调节孔6-1中移动位移的位移传感器8。通过设置安装壳体3-7，便于径向磁力轴3-4、径向力传感器3-5以及弧形电磁铁3-6的安装，另外，设置位移传感器8，便于显示径向磁力轴3-4所需的调节位移量，通过该位移传感器8，可以形成闭环微调机构，提高了径向磁力轴3-4调节精度，进而提高了弧形电磁铁3-6与径向力轴3-2之间气隙的调节精度，并能够实现弧形电磁铁3-6与径向力轴3-2之间气隙的可视化调节，提高气隙设定的准确性。
参见图4和图7，所述安装块3-3与径向力基座3-1之间设有用于调节所述径向力加载组件的位置的位置调节机构11，该位置调节机构11包括设置在安装块3-3上的安装槽3-31、设置在径向力基座3-1上端且与所述安装槽3-31滑动配合的弧形导向部3-11以及用于将安装块3-3固定在固定在径向力基座3-1上的固定件，其中，所述弧形导向部3-11的圆心与径向力轴3-2的轴线重合。采用上述结构，安装块3-3中的安装槽3-31可以沿着弧形导向部3-11进行滑动，实现了径向力加载组件可以沿着弧形导向部3-11进行同心滑动，使得径向力加载组件可以对径向力轴3-2实现360度的周向加载，通过固定件，可以灵活将安装块3-3固定在弧形导向部3-11中的任意位置，实现多角度径向力的加载，提高了径向力加载的灵活性。
进一步地，所述固定件可以为固定螺栓，通过固定螺栓，可以将安装块3-3固定在径向力基座3-1上，当需要调节安装块3-3的位置时，松开固定螺栓，安装块3-3即可在径向力基座3-1上滑动，结构简单方便。
参见图3、图4、图6和图8，所述轴向力气隙调节机构7包括设置在轴向力基座4-2与底座1之间用于引导所述轴向力基座4-2沿着径向力轴3-2的轴向方向运动导向组件以及设置在轴向力基座4-2与径向力基座3-1之间的调节组件。采用上述结构，通过调节组件可以调节轴向力基座4-2沿着导向组件引导的方向运动，进而实现平面电磁铁4-4与轴向加载盘4-1之间的气隙调节。
参见图3、图4、图6和图8，所述导向组件包括设置在底座1上的导向槽1-1以及设置在所述轴向力基座4-2上且与所述导向槽1-1滑动配合的滑块4-21。通过设置导向槽1-1与滑块4-21，能够提高轴向力基座4-2在底座1上运动的稳定性。
参见图3、图4和图8，所述调节组件为调节杆9，该调节杆9的轴线与径向力轴3-2的轴线平行，所述调节杆具有伸缩功能，所述调节杆9的一端与所述径向力基座3-1连接，另一端与所述轴向力基座4-2连接。通过调节该调节杆9的长度，进而带动径向力基座3-1沿着导向槽1-1滑动，从而实现平面电磁铁4-4与轴向加载盘4-1之间的气隙调节，保证了平面电磁铁4-4与轴向加载盘4-1之间具有较小的气隙，进而保证平面电磁铁4-4具备足够的电磁力实现非接触加载。
具体地，所述轴向力基座4-2上也设有用于检测轴向力基座4-2在导向槽1-1上滑动距离的位移传感器8(图中未示出)，设置位移传感器8，便于显示轴向力基座4-2所需的调节位移量，通过该位移传感器8，可以形成闭环微调机构，提高了轴向力基座4-2调节精度，进而提高了平面电磁铁4-4与轴向加载盘4-1之间气隙的调节精度，并能够实现平面电磁铁4-4与轴向加载盘4-1之间气隙的可视化调节，提高气隙设定的准确性。
参见图4和图6，所述电主轴2与径向力轴3-2之间通过弹性联轴器10连接。通过设置弹性联轴器10，可以实现电主轴2与径向力轴3-2之间的动力连接。
具体地，所述径向力轴3-2通过轴承安装在所述径向力基座3-1上，所述电主轴2也通过轴承安装在所述支座5上。
参见图9，所述弧形电磁铁3-6和平面电磁铁4-4均设有电磁铁吸附面，该电磁铁吸附面包括中间铁芯11以及外环圈12，其中，所述中间铁芯11上缠绕有线圈13，外环圈12覆盖在线圈13上端，所述线圈13、中线铁芯11以及外环圈12被外壳14包裹；所述径向力轴3-2与轴向加载盘4-1均为导磁体15；中间铁芯11以及外环圈12与导磁体15同时接触时产生闭合磁场才具有良好的吸附力，否则电磁铁磁场没有形成回路会严重影响吸附效果。因此，电磁铁与导磁体间的气隙控制是电磁铁的输出力影响关键因素，气隙越小则漏磁越少，实际输出的电磁加载力则与理论值约接近，电磁铁力的大小可通过电流控制实现，电磁力与电流/电压间的计算关系通过以下公式计算：
Figure BDA0003003391740000141
其中，F表示为电磁力(N)；μ0表示为导磁率，值为4π×10-7H/m；S0表示为气隙面积(mm2)；d表示为漆包线直径(mm)；U表示为电压(V)；ρ表示为铜的电阻率，值为0.0178Ω·mm2/m；D2表示为绕线外径(mm)；D1表示为绕线内径(mm)；δ表示为气隙长度(mm)。
参见图1-图4，上述高速电主轴瞬态动载荷模拟加载装置的工作原理是：
工作时，首先通过径向力气隙调节机构6，可以调节径向力传感器3-5位置，从而实现弧形电磁铁3-6与径向力轴3-2之间气隙调节，并确定弧形电磁铁3-6与径向力轴3-2之间的气隙；通过轴向力气隙调节机构7，可以实现平面电磁铁4-4与轴向加载盘4-1之间气隙的气隙调节，并确定平面电磁铁4-4与轴向加载盘4-1之间的气隙；然后工控机发送控制指令，经过A/D转换器进行模数转换后，发送至变频器，并控制变频器开始工作，工控机设定变频器的频率，确定电主轴2的转速，从而确定径向力轴3-2与轴向加载盘4-1的转速；工控机向可编程电源发送控制指令；可编程控电源改变电流大小经过第一变送器后，输出至弧形电磁铁3-6，进而改变弧形电磁铁3-6的电磁力大小，对弧形电磁铁对径向力轴3-2进行径向力加载；可编程控电源改变电流大小经过经过第二变送器后，输出至平面电磁铁4-4，进而改变平面电磁铁4-4的电磁力大小，对平面电磁铁4-4对轴向加载盘4-1进行轴向力加载；接着径向力传感器3-5采集径向力轴3-2的实时载荷，并将该实时载荷发送至工控机；轴向力传感器4-5采集轴向加载盘4-1的实时载荷，并将该实时载荷发送至工控机，工控机接收的实时载荷，判断是否完成加载测试，如果完成，关闭电主轴2，如果为完成，继续对径向力轴3-2和平面加载盘4-1进行加载，直到完成加载测试。
实施例2
本实施例中的其它结构与实施例1相同，不同之处在于，所述调节杆9的一端与所述径向力基座3-1转动连接，另一端与所述轴向力基座4-2通过螺纹连接。通过转动调节杆9，在螺纹连接的作用下，驱动轴向力基座4-2可以沿着导向槽1-1运动，进而实现轴向加载盘4-1与平面电磁铁4-4的气隙调节。
实施例3
本实施例中的其它结构与实施例1相同，不同之处在于，所述轴向力气隙调节机构7的具体结构与径向力气隙调节机构6的具体结构相同，均是通过调节螺栓调节轴向磁力轴4-3在轴向力基座4-2的调节孔6-1中的位置，进而调节平面电磁铁4-4与轴向加载盘4-1的气隙，再通过锁紧螺母6-2将轴向磁力轴4-3锁紧在轴向力基座4-2上。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)通过径向力气隙调节机构调节弧形电磁铁与径向力轴之间的气隙，通过轴向力气隙调节机构调节平面电磁铁与轴向加载盘之间的气隙；并确定弧形电磁铁与径向力轴之间的气隙以及平面电磁铁与轴向加载盘之间的气隙；
(2)工控机发送控制指令，经过A/D转换器进行模数转换后，发送至变频器，并控制变频器开始工作；
(3)工控机设定变频器的频率，确定电主轴的转速，从而确定径向力轴与轴向加载盘的转速；
(4)工控机向可编程电源发送控制指令；
(5)可编程控电源改变弧形电磁铁以及平面电磁铁的电流大小，从而改变了弧形电磁铁以及平面电磁铁的电磁力大小，使得弧形电磁铁对径向力轴进行径向力加载，平面电磁铁对轴向加载盘进行轴向力加载；
(6)径向力传感器采集径向力轴的实时载荷，并将该实时载荷发送至工控机；轴向力传感器采集轴向加载盘的实时载荷，并将该实时载荷发送至工控机；
(7)工控机根据接收的实时载荷，判断该实时载荷是否达到阈值，如果达到阈值，判断载荷曲线是否加载完成，如果完成，则完成加载测试，如果未完成，重复步骤(4)-(7)；如果未到达阈值，重复步骤(5)-(7)。
2.根据权利要求1所述的一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法，其特征在于，步骤(5)中，可编程电源的电流输出至第一变送器和第二变送器，其中，经过第一变送器后输入至弧形电磁铁，经过第二变送器后输入至平面电磁铁。
3.一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载装置，该装置用于实现如权利要求1或2所述的一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法，其特征在于，包括加载模块以及电气模块，其中，
所述加载模块包括底座、电主轴、径向力加载机构以及轴向力加载机构，其中，所述电主轴与底座之间设有支座，该电主轴转动安装在所述支座上，该支座固定安装在所述底座上，其中，所述径向力加载机构包括固定设置在所述底座上的径向力基座、转动设置在所述径向力基座上的径向力轴以及用于对径向力轴进行径向力加载的径向力加载组件，其中，所述径向力轴与所述电主轴同轴设置，该径向力轴的其中一端与所述电主轴连接；所述径向力加载组件包括设置在所述径向力基座上的安装块、设置在所述安装块上的径向磁力轴、设置在所述径向磁力轴上的径向力传感器以及设置在径向力传感器上的弧形电磁铁；其中，所述径向磁力轴与安装块之间设有用于调节所述弧形电磁铁与径向力轴之间气隙的径向力气隙调节机构；所述轴向力加载机构包括设置在所述径向力轴另一端的轴向加载盘以及设置在所述底座上用于对轴向加载盘进行轴向力加载的轴向力加载组件，其中，所述轴向加载盘与径向力轴同轴设置，所述轴向力加载组件包括设置在底座上的轴向力基座、设置在所述轴向力基座上的轴向磁力轴、平面电磁铁以及设置在轴向磁力轴与平面电磁铁之间的轴向力传感器，所述轴向力传感器、轴向磁力轴以及平面电磁铁同轴设置，该轴向力传感器一端与所述轴向力传感器连接，另一端与所述平面电磁铁连接；其中，所述轴向力基座与径向力基座之间设有用于调节所述平面电磁铁与轴向加载盘之间气隙的轴向力气隙调节机构；
所述电气模块包括工控机、可编程电源、A/D转换器、变频器、第一变送器以及第二变送器，其中，所述电主轴与所述变频器的输出端连接；所述A/D转换器的输入端与所述工控机的输出端连接，输出端与所述变频器的输入端连接；所述弧形电磁铁与所述第一变送器的输出端连接；所述平面电磁铁与所述第二变送器的输出端连接；所述可编程电源的输入端与所述工控机的输出端连接，输出端分别与所述第一变送器以及第二变送器的输入端连接；所述径向力传感器和轴向力传感器分别与所述工控机的输入端连接。
4.根据权利要求3所述的一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载装置，其特征在于，所述径向力气隙调节机构包括设置在所述安装块上的调节孔以及沿着所述调节孔周围均匀分布的多个用于调节径向磁力轴沿着调节孔运动的调节螺栓，所述调节孔朝着所述径向力轴的径向方向延伸，所述径向磁力轴穿过所述调节孔并滑动连接在所述调节孔上；所述调节螺栓穿过所述安装块并与所述径向力磁轴的下端连接；所述径向磁力轴的上端设有用于锁紧所述径向磁力轴的锁紧螺母。
5.根据权利要求4所述的一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载装置，其特征在于，所述径向力加载机构还包括安装壳体，其中，所述径向磁力轴、径向力传感器以及弧形电磁铁均安装在所述安装壳体上，所述安装壳体的外表面设有用于检测径向磁力轴在调节孔中移动位移的位移传感器。
6.根据权利要求3或4所述的一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载装置，其特征在于，所述安装块与径向力基座之间设有用于调节所述径向力加载组件的位置的位置调节机构，该位置调节机构包括设置在安装块上的安装槽、设置在径向力基座上端且与所述安装槽滑动配合的弧形导向部以及用于将安装块固定在固定在径向力基座上的固定件，其中，所述弧形导向部的圆心与径向力轴的轴线重合。
7.根据权利要求3或4或5所述的一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载装置，其特征在于，所述轴向力气隙调节机构包括设置在轴向力基座与底座之间用于引导所述轴向力基座沿着径向力轴的轴向方向运动导向组件以及设置在轴向力基座与径向力基座之间的调节组件。
8.根据权利要求7所述的一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载装置，其特征在于，所述导向组件包括设置在底座上的导向槽以及设置在所述轴向力基座上且与所述导向槽滑动配合的滑块。
9.根据权利要求8所述的一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载装置，其特征在于，所述调节组件为调节杆，该调节杆的轴线与径向力轴的轴线平行，所述调节杆的一端与所述径向力基座连接，另一端与所述轴向力基座连接。
10.根据权利要求3或4或9所述的一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载装置，其特征在于，所述电主轴与径向力轴之间通过弹性联轴器连接。
CN202110358740.2A 2021-04-01 2021-04-01 一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法及装置 Active CN113074939B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110358740.2A CN113074939B (zh) 2021-04-01 2021-04-01 一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110358740.2A CN113074939B (zh) 2021-04-01 2021-04-01 一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113074939A CN113074939A (zh) 2021-07-06
CN113074939B true CN113074939B (zh) 2023-06-09

Family

ID=76614720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110358740.2A Active CN113074939B (zh) 2021-04-01 2021-04-01 一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113074939B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1119850A (ja) * 1997-07-02 1999-01-26 Koyo Seiko Co Ltd 工作機械用スピンドルの動剛性測定方法および測定装置
CN102109416A (zh) * 2010-12-15 2011-06-29 西安理工大学 一种高速电主轴非接触电磁加载装置
CN102169054A (zh) * 2011-01-06 2011-08-31 西安理工大学 一种高速电主轴切削力模拟加载及测试装置
CN102435430A (zh) * 2011-11-08 2012-05-02 济南轨道交通装备有限责任公司 一种风力发电机组试验平台加载系统
CN103217349A (zh) * 2013-04-03 2013-07-24 西安交通大学 一种基于三向电磁力加载的高速电主轴动静刚度测试装置及方法
CN106441886A (zh) * 2016-12-08 2017-02-22 吉林大学 切削力自动控制的主轴可靠性试验装置及试验方法
CN110296831A (zh) * 2019-07-01 2019-10-01 清华大学 电主轴气动加载装置与状态监测系统
CN111947924A (zh) * 2020-07-31 2020-11-17 南京航空航天大学 一种用于高速电主轴力学参数测试的电磁加载装置及方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1119850A (ja) * 1997-07-02 1999-01-26 Koyo Seiko Co Ltd 工作機械用スピンドルの動剛性測定方法および測定装置
CN102109416A (zh) * 2010-12-15 2011-06-29 西安理工大学 一种高速电主轴非接触电磁加载装置
CN102169054A (zh) * 2011-01-06 2011-08-31 西安理工大学 一种高速电主轴切削力模拟加载及测试装置
CN102435430A (zh) * 2011-11-08 2012-05-02 济南轨道交通装备有限责任公司 一种风力发电机组试验平台加载系统
CN103217349A (zh) * 2013-04-03 2013-07-24 西安交通大学 一种基于三向电磁力加载的高速电主轴动静刚度测试装置及方法
CN106441886A (zh) * 2016-12-08 2017-02-22 吉林大学 切削力自动控制的主轴可靠性试验装置及试验方法
CN110296831A (zh) * 2019-07-01 2019-10-01 清华大学 电主轴气动加载装置与状态监测系统
CN111947924A (zh) * 2020-07-31 2020-11-17 南京航空航天大学 一种用于高速电主轴力学参数测试的电磁加载装置及方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种高速电主轴动力学实验中非接触加载方法;邱荣华;刘宏昭;;西安工程大学学报(第05期);全文 *
高速主轴非接触气膜加载刚度测试台的研制;冯明;赵玉龙;杨威;邓艳昭;;机械设计与制造(第06期);全文 *
高速电主轴非接触加载装置的设计;陈春;;装备制造技术(第04期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN113074939A (zh) 2021-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101303261B (zh) 一种非接触式轴承启动摩擦力矩测量方法及测量仪
CN108627344B (zh) 一种气浮球轴承性能检测装置及检测方法
CN109406125B (zh) 便携式主轴全工况加载与性能检测装置
CN101972947B (zh) 模拟工况载荷条件下机床主轴热误差测试试验方法
CN102866355B (zh) 用于数控直接进给轴的直线电机功率性能测试试验装置
CN110864077B (zh) 一种具有自主调控能力的电机驱动式自动平衡系统
CN106884948B (zh) 一种组合式预紧力可调的双螺母滚珠丝杠副及安装方法
CN110160784A (zh) 一种可调偏心的滑动轴承试验装置
CN104880308A (zh) 一种主轴轴向力等静压加载装置
CN107515117A (zh) 丝杠副传动效率精密测量装置及测量方法
CN104776987A (zh) 一种主轴性能测试平台及其测试方法
CN112475335B (zh) 一种用于电主轴的动平衡自动调节装置
CN109668663A (zh) 微型轴承摩擦力矩测试装置及测试方法
CN113074939B (zh) 一种高速电主轴瞬态动载荷模拟加载方法及装置
He et al. Development of a novel 5-DOF controlled maglev local actuator for high-speed electrical discharge machining
CN208887938U (zh) 永磁同步电机驱动的底盘测功试验台
CN107167284A (zh) 动扭传感器的动态标定装备
CN109100135A (zh) 一种测量高速电主轴综合性能的测试台
CN109443761A (zh) 一种滚珠丝杠副试验平台加载装置
CN111397891B (zh) 非接触式全工况加载的电主轴可靠性试验装置
CN215414371U (zh) 一种高速电主轴360度周向模拟电磁加载装置
CN103868683A (zh) 电主轴刚度测试装置
CN105115743A (zh) 数控外圆磨床可靠性试验综合加载装置
CN107576500A (zh) 汽车发动机张紧轮轴承振动试验台及其振动测试方法
CN209727463U (zh) 一种轴承检测装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant