CN113375849B - 电主轴三维力加载装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种电主轴三维力加载装置,涉及电主轴测试领域,包括:底板;用于测试电主轴的转矩性能的转矩加载装置,其和电主轴均设置于底板上,且转矩加载装置与电主轴传动连接;套壳,套壳可转动地套设于电主轴上,且套壳沿电主轴的轴线方向位置固定;用于测试电主轴的径向力性能的径向力加载装置,其设置于底板上,其用于提供垂直于电主轴的轴线方向的径向加载力,且其与套壳固定连接;用于测试电主轴的轴向力性能的轴向力加载装置,其设置于底板上,其用于提供沿电主轴的轴线方向的轴向加载力;中间传力结构,其与套壳及轴向力加载装置均连接。该装置能够实现电主轴转矩、径向力以及轴向力三方面性能的相关测试。
Description
技术领域
本发明涉及电主轴测试领域,特别是涉及一种电主轴三维力加载装置。
背景技术
现阶段,数控机床的高精度加工成为决定国家综合能力的一种核心因素。对于数控机床的核心部件电主轴,其性能高低直接决定整个系统的精度、性能和加工质量。电主轴在实际工作时,通过主轴带动刀柄切削工件,此时,电主轴所受到的力为刀柄由于旋转切割而存在的转矩力、刀柄进给带来的径向力和主轴受热或其他因素造成轴向伸长而带来的轴向力。而现有的电主轴测试系统,包括电机的相关测试系统,大部分只能对转矩进行相关测试,而不能实现径向力、轴向力性能的相关测试。
因此,如何克服上述缺陷成为本领域技术人员目前所亟待解决的问题。
发明内容
为解决以上技术问题,本发明提供一种电主轴三维力加载装置,以实现电主轴转矩、径向力以及轴向力三方面性能的相关测试。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
本发明提供一种电主轴三维力加载装置,包括:底板;用于测试电主轴的转矩性能的转矩加载装置,其和所述电主轴均设置于所述底板上,且所述转矩加载装置与所述电主轴传动连接;套壳,所述套壳可转动地套设于所述电主轴上,且所述套壳沿所述电主轴的轴线方向位置固定;用于测试所述电主轴的径向力性能的径向力加载装置,其设置于所述底板上,其用于提供垂直于所述电主轴的轴线方向的径向加载力,且其与所述套壳固定连接;用于测试电主轴的轴向力性能的轴向力加载装置,其设置于所述底板上,其用于提供沿所述电主轴的轴线方向的轴向加载力;中间传力结构,其与所述套壳及所述轴向力加载装置均连接、以将所述轴向力加载装置提供的轴向加载力传递至所述套壳。
优选地,所述电主轴与所述转矩加载装置上分别设置有第一法兰和第二法兰,所述第一法兰和所述第二法兰通过柔性连接带连接、以实现所述转矩加载装置与所述电主轴的传动连接。
优选地,所述转矩加载装置为测功机。
优选地,电主轴三维力加载装置还包括轴承,所述套壳通过所述轴承可转动地套设于所述电主轴的主轴连杆上,且所述轴承能够使所述套壳沿所述电主轴的轴线方向位置固定。
优选地,所述轴承为深沟球轴承或者角接触轴承。
优选地,电主轴三维力加载装置还包括交变电源,所述径向力加载装置为径向电磁力加载装置,所述轴向力加载装置为轴向电磁力加载装置,所述径向电磁力加载装置与所述交变电源电连接、以提供垂直于所述电主轴轴线方向的径向电磁力,所述轴向力加载装置与所述交变电源电连接、以提供沿所述电主轴轴线方向的轴向电磁力。
优选地,所述径向力加载装置包括第一底座、第一上壳、第一力检测装置、第一加载杆、第一线圈以及第一磁铁,所述第一底座与所述底板固定连接,所述第一上壳设置于所述第一底座的上方,所述第一上壳与所述第一底座能够滑动的连接,所述第一线圈和所述第一磁铁设置于所述第一上壳和所述第一底座之间,所述第一线圈均与所述交变电源电连接,所述第一加载杆通过所述第一力检测装置与所述第一上壳连接,且所述第一力加载杆与所述套壳固定连接;所述轴向力加载装置包括第二底座、第二上壳、第二力检测装置、第二加载杆、第二线圈以及第二磁铁,所述第二底座与所述底板固定连接,所述第二上壳设置于所述第二底座的上方,所述第二上壳与所述第二底座能够滑动的连接,所述第二线圈和所述第二磁铁设置于所述第二上壳和所述第二底座之间,所述第二线圈均与所述交变电源电连接,所述第二加载杆通过所述第二力检测装置与所述第二上壳连接,且所述第二力加载杆与所述中间传力机构固定连接。
优选地,电主轴三维力加载装置还包括第一供气装置和第二供气装置,所述第一供气装置用于向所述第一底座和所述第一上壳之间供气、以使所述第一上壳悬浮于所述第一底座上方,所述第二供气装置用于向所述第二底座和所述第二上壳之间供气、以使所述第二上壳悬浮于所述第二底座的上方。
优选地,所述中间传力机构包括旋转杆和支撑杆,所述支撑杆设置于所述底板上,所述旋转杆与所述支撑杆能够转动地连接,所述旋转杆的一端与所述套壳固定连接,所述旋转杆的另一端与所述轴向力加载装置固定连接。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果:
本发明提供的电主轴三维力加载装置包括:底板;用于测试电主轴的转矩性能的转矩加载装置,其和电主轴均设置于底板上,且转矩加载装置与电主轴传动连接;套壳,套壳可转动地套设于电主轴上,且套壳沿电主轴的轴线方向位置固定;用于测试电主轴的径向力性能的径向力加载装置,其设置于底板上,其用于提供垂直于电主轴的轴线方向的径向加载力,且其与套壳固定连接;用于测试电主轴的轴向力性能的轴向力加载装置,其设置于底板上,其用于提供沿电主轴的轴线方向的轴向加载力;中间传力结构,其与套壳及轴向力加载装置均连接、以将轴向力加载装置提供的轴向加载力传递至套壳。具体使用过程中,转矩加载装置能够实现电主轴的转矩性能测试,径向力加载装置能够实现电主轴的径向力性能测试,轴向力加载装置能够实现电主轴的轴向力性能测试。如此,本发明提供的电主轴三维力加载装置能够实现电主轴转矩、径向力以及轴向力三方面性能的相关测试。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中提供的电主轴三维力加载装置;
图2为柔性连接带的设置方式示意图;
图3为套壳的设置方式示意图;
图4为径向电磁力加载装置的结构示意图;
图5为径向电磁力的产生原理图;
图6为第一上壳的悬浮原理图;
图7为中间传力机构的结构示意图。
附图标记说明:100、电主轴三维力加载装置;1、底板;2、测功机;201、输出轴;3、套壳;4、电主轴;401、主轴连杆;5、第一法兰;6、第二法兰;7、柔性连接带;8、轴承;9、径向力加载装置;901、第一底座;902、第一上壳;903、第一力检测装置;904、第一加载杆;905、第一线圈;906、第一磁铁;10、轴向力加载装置;11、旋转杆;12、支撑杆;13、交变电源。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种能够实现电主轴转矩、径向力以及轴向力三方面性能相关测试的电主轴三维力加载装置。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1-图7所示,本实施例提供一种电主轴三维力加载装置100,包括:底板1;用于测试电主轴4的转矩性能的转矩加载装置,其和电主轴4均设置于底板1上,且转矩加载装置与电主轴4传动连接;套壳3,套壳3可转动地套设于电主轴4上,且套壳3沿电主轴4的轴线方向位置固定;用于测试电主轴4的径向力性能的径向力加载装置9,其设置于底板1上,其用于提供垂直于电主轴4的轴线方向的径向加载力,且其与套壳3固定连接;用于测试电主轴4的轴向力性能的轴向力加载装置10,其设置于底板1上,其用于提供沿电主轴4的轴线方向的轴向加载力;中间传力结构,其与套壳3及轴向力加载装置10均连接、以将轴向力加载装置10提供的轴向加载力传递至套壳3。本实施例提供的电主轴三维力加载装置100转矩加载装置、径向力加载装置9以及轴向力性能测试能够分别实现电主轴4转矩性能、径向力性能以及轴向力性能的相关测试,有效克服了现有电主轴三维力加载装置100仅可实现转矩性能测试的缺陷。
于本实施例中,如图2所示,电主轴4与转矩加载装置上分别设置有第一法兰5和第二法兰6,第一法兰5和第二法兰6通过柔性连接带7连接、以实现转矩加载装置与电主轴4的传动连接。如此,有效避免了转矩加载装置对电主轴4的轴向性能及径向性能测试产生影响的情况发生。柔性连接带7具体选用轻质的玻璃丝带或者碳纤维带,且第一法兰5和第二法兰6上分别设置有供柔性连接带7穿过的第一贯通孔和第二贯通孔,柔性连接带穿过第一贯通孔和第二贯通孔,以实现第一法兰5和第二法兰6的连接。
于本实施例中,具体地,转矩加载装置为测功机2。
于本实施例中,具体地,如图3所示,电主轴三维力加载装置100还包括轴承8,套壳3通过轴承8可转动地套设于电主轴4的主轴连杆401上,且轴承8能够使套壳3沿电主轴4的轴线方向位置固定。
于本实施例中,具体地,如图2所示,套壳3通过轴承8设置于电主轴4的主轴连杆401上,第一法兰5和第二法兰6分别设置于电主轴4的主轴连杆401与测功机2的输出轴201上。
于本实施例中,具体地,轴承8为深沟球轴承8或者角接触轴承8。
于本实施例中,如图4-图5所示,电主轴三维力加载装置100还包括交变电源13,径向力加载装置9为径向电磁力加载装置,轴向力加载装置10为轴向电磁力加载装置,径向电磁力加载装置与交变电源13电连接、以提供垂直于电主轴4轴线方向的径向电磁力,轴向力加载装置10与交变电源13电连接、以提供沿电主轴4轴线方向的轴向电磁力,该电磁力为幅值和方向按要求变化或者恒定力。进一步地,径向力加载装置9包括第一底座901、第一上壳902、第一力检测装置903、第一加载杆904、第一线圈905以及第一磁铁906,第一底座901与底板1固定连接,第一上壳902设置于第一底座901的上方,第一上壳902与第一底座901能够滑动的连接,第一线圈905和第一磁铁906设置于第一上壳902和第一底座901之间,第一线圈905均与交变电源13电连接,第一加载杆904通过第一力检测装置903与第一上壳902连接,且第一力加载杆与套壳3固定连接;轴向力加载装置10包括第二底座、第二上壳、第二力检测装置、第二加载杆、第二线圈以及第二磁铁,第二底座与底板1固定连接,第二上壳设置于第二底座的上方,第二上壳与第二底座能够滑动的连接,第二线圈和第二磁铁设置于第二上壳和第二底座之间,第二线圈均与交变电源13电连接,第二加载杆通过第二力检测装置与第二上壳连接,且第二力加载杆与中间传力机构固定连接。
具体使用过程中通过交流电源给定不同的频率、波形的电流,从而第一上壳902和第二上壳输出一定频率、波形的力。本发明所提出的电主轴三维力加载装置100可以按照实际工况的要求,选择轴向力、径向力的施加数值、频率,轴向力和径向力可以耦合控制,也可以分开控制,同时实现转矩加载,与实际的电主轴4运行工况相同,减小了主轴电机的试验难度,增加了电主轴4电机的测试能力。
需要说明的是第一线圈905、第一磁铁906、第二线圈以及第二磁体的数量均可以为一个也可以为多个,具体数量根据所需电磁力的大小而定。但无论第一线圈905、第一磁铁906、第二线圈以及第二磁体为一个或者多个,第一线圈905与第一磁铁906位置相对,第二线圈与第二磁体位置相对。当设置第一线圈905、第一磁铁906、第二线圈以及第二磁体的数量均为多个时,多个第一线圈905沿第一底座901的长度方向设置,多个第一磁铁906沿第一上壳902的长度方向设置,多个第二线圈沿第二底座的长度方向设置,多个第二磁铁沿第二上壳的长度方向设置。
于本实施例中,具体地,第一力检测装置903和第二检测装置均为力传感器。
于本实施例中,电主轴三维力加载装置100还包括第一供气装置和第二供气装置,第一供气装置用于向第一底座901和第一上壳902之间供气、以使第一上壳902悬浮于第一底座901上方,第二供气装置用于向第二底座和第二上壳之间供气、以使第二上壳悬浮于第二底座的上方。如此设置,能够有效减小第一底座901与第一上壳902之间以及第二底座与第二上壳之间的摩擦力。第一供气装置和第二供气装置具体可选用气泵。
于本实施例中,如图7所示,中间传力机构包括旋转杆11和支撑杆12,支撑杆12设置于底板1上,旋转杆11与支撑杆12能够转动地连接,旋转杆11的一端与套壳3固定连接,旋转杆11的另一端与轴向力加载装置10固定连接。具体使用过程中,第一上壳902与第一底座901、第二上壳与第二底座之间没有相对位移,中间传力机构只完成力的传递。
进一步地,本实施例中具体地,旋转杆11与轴向力加载装置10始终垂直,且旋转杆11的一端与轴向力加载装置10的加载杆固定连接。如此,轴向力加载装置10产生的轴向加载力通过加载杆传递至旋转杆11,在通过旋转杆11传递至套壳3,最终由套壳3施加于电主轴4上。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种电主轴三维力加载装置,其特征在于,包括:
底板;
用于测试电主轴的转矩性能的转矩加载装置,其和所述电主轴均设置于所述底板上,且所述转矩加载装置与所述电主轴传动连接;
套壳,所述套壳可转动地套设于所述电主轴上,且所述套壳沿所述电主轴的轴线方向位置固定;
用于测试所述电主轴的径向力性能的径向力加载装置,其设置于所述底板上,其用于提供垂直于所述电主轴的轴线方向的径向加载力,且其与所述套壳固定连接;
用于测试电主轴的轴向力性能的轴向力加载装置,其设置于所述底板上,其用于提供沿所述电主轴的轴线方向的轴向加载力;
中间传力机构,其与所述套壳及所述轴向力加载装置均连接、以将所述轴向力加载装置提供的轴向加载力传递至所述套壳;
所述电主轴与所述转矩加载装置上分别设置有第一法兰和第二法兰,所述第一法兰和所述第二法兰通过柔性连接带连接、以实现所述转矩加载装置与所述电主轴的传动连接;
交变电源,所述径向力加载装置为径向电磁力加载装置,所述轴向力加载装置为轴向电磁力加载装置,所述径向电磁力加载装置与所述交变电源电连接、以提供垂直于所述电主轴轴线方向的径向电磁力,所述轴向力加载装置与所述交变电源电连接、以提供沿所述电主轴轴线方向的轴向电磁力;
所述径向力加载装置包括第一底座、第一上壳、第一力检测装置、第一力加载杆、第一线圈以及第一磁铁,所述第一底座与所述底板固定连接,所述第一上壳设置于所述第一底座的上方,所述第一上壳与所述第一底座滑动的连接,所述第一线圈和所述第一磁铁设置于所述第一上壳和所述第一底座之间,所述第一线圈与所述交变电源电连接,所述第一力加载杆通过所述第一力检测装置与所述第一上壳连接,且所述第一力加载杆与所述套壳固定连接;所述轴向力加载装置包括第二底座、第二上壳、第二力检测装置、第二力加载杆、第二线圈以及第二磁铁,所述第二底座与所述底板固定连接,所述第二上壳设置于所述第二底座的上方,所述第二上壳与所述第二底座滑动的连接,所述第二线圈和所述第二磁铁设置于所述第二上壳和所述第二底座之间,所述第二线圈与所述交变电源电连接,所述第二力加载杆通过所述第二力检测装置与所述第二上壳连接,且所述第二力加载杆与所述中间传力机构固定连接;
还包括第一供气装置和第二供气装置,所述第一供气装置用于向所述第一底座和所述第一上壳之间供气、以使所述第一上壳悬浮于所述第一底座上方,所述第二供气装置用于向所述第二底座和所述第二上壳之间供气、以使所述第二上壳悬浮于所述第二底座的上方。
2.根据权利要求1所述的电主轴三维力加载装置,其特征在于,所述转矩加载装置为测功机。
3.根据权利要求1所述的电主轴三维力加载装置,其特征在于,还包括轴承,所述套壳通过所述轴承可转动地套设于所述电主轴的主轴连杆上,且所述轴承使所述套壳沿所述电主轴的轴线方向位置固定。
4.根据权利要求3所述的电主轴三维力加载装置,其特征在于,所述轴承为深沟球轴承或者角接触轴承。
5.根据权利要求1所述的电主轴三维力加载装置,其特征在于,所述中间传力机构包括旋转杆和支撑杆,所述支撑杆设置于所述底板上,所述旋转杆与所述支撑杆转动地连接,所述旋转杆的一端与所述套壳固定连接,所述旋转杆的另一端与所述轴向力加载装置固定连接。
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