CN205352685U - 高速电主轴加载及换刀试验装置 - Google Patents

Abstract

高速电主轴加载及换刀试验装置属于机械试验技术领域，目的在于解决现有技术存在的功能单一、价格昂贵和未能模拟真实的安装环境的问题。本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置包括地平铁、支撑台架、主轴支撑部分、主轴扭矩加载部分、单液压缸双向切削力加载部分和换刀系统部分；所述支撑台架固定在所述地平铁上，所述主轴支撑部分中和所述扭矩加载部分竖直固定在所述支撑台架上，所述主轴扭矩加载部分与所述主轴支撑部分的电主轴连接实现扭矩加载，所述电主轴竖直方向设置，所述单液压缸双向切削力加载部分固定在所述地平铁上，作用在所述主轴扭矩加载部分的加载单元上，实现双向切削力加载，所述换刀系统部分固定在所述支撑台架上。

Description

高速电主轴加载及换刀试验装置

技术领域

本实用新型属于机械试验技术领域，具体涉及一种高速电主轴加载及换刀试验装置。

背景技术

数控机床作为工业母机，是工业现代化发展的重要基石，其可靠性发展已然成为制约行业发展的关键共性技术。国产数控机床可靠性水平偏低的主要原因之一是其关键功能部件的可靠性水平较低，因此研究数控机床关键功能部件可靠性试验装置具有重要的实际意义。电主轴作为数控机床的关键功能部件之一，其自身的可靠性水平对整机的可靠性水平有重要的影响。

在实际工况中，电主轴除了要完成切削加工外，还需要进行松拉刀及换刀工作，现有技术中，关于电主轴可靠性试验系统方面，存在多种模拟扭矩及切削力加载试验，功能单一且不完善。

针对电主轴加载方面，方式一般分为接触式加载和非接触式加载，采用非接触式电磁加载会对主轴产生电磁干扰。目前电液伺服加载技术完善，但存在的问题是，对于两个方向加载即轴向力和径向力模拟加载要用两套电液伺服加载系统，价格昂贵；另外，电主轴多为卧式安装，但实际过程中，立式安装的电主轴更多，卧式安装未能模拟真实的安装环境，且卧式安装不方便试验人员操作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种高速电主轴加载及换刀试验装置，解决现有技术存在的功能单一、价格昂贵和未能模拟真实的安装环境的问题。

为实现上述目的，本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置包括地平铁、支撑台架、主轴支撑部分、主轴扭矩加载部分、单液压缸双向切削力加载部分和换刀系统部分；

所述支撑台架固定在所述地平铁上，所述主轴支撑部分和所述主轴扭矩加载部分竖直固定在所述支撑台架上，所述主轴扭矩加载部分与所述主轴支撑部分的电主轴连接实现扭矩加载，所述电主轴竖直方向设置，所述单液压缸双向切削力加载部分固定在所述地平铁上，作用在所述主轴扭矩加载部分实现双向切削力加载，所述换刀系统部分固定在所述支撑台架上；

所述单液压缸双向切削力加载部分包括切削力加载部分和两向加载箱体部分；所述切削力加载部分包括电液伺服加载装置和移动平台，所述移动平台固定在所述地平铁上，所述电液伺服加载装置固定在所述移动平台上，所述移动平台的移动方向和所述电液伺服加载装置的力的加载方向垂直；

所述两向加载箱体部分包括两向加载机构壳体、旋转单元支撑、两个旋转单元、弹性加载板B、径向加载臂、径向加载臂支撑、轴向加载摆臂和径向加载摆臂；旋转单元支撑固定在所述两向加载机构壳体上，所述轴向加载摆臂和径向加载摆臂分别通过一个所述旋转单元设置在旋转单元支撑和两向加载机构壳体之间，所述径向加载臂支撑固定在所述两向加载机构壳体下端面，所述径向加载臂下端和所述径向加载臂支撑固定连接，上端和所述径向加载摆臂的一端接触，所述径向加载摆臂的另一端的径向加载头和所述主轴扭矩加载部分的加载单元接触，并垂直作用在加载单元上，所述弹性加载板B的一端和所述轴向加载摆臂固定连接，另一端和所述径向加载臂靠近径向加载臂支撑的一端固定连接，所述轴向加载摆臂的另一端通过轴向加载卡爪和主轴扭矩加载部分的加载单元接触；

所述切削力加载部分中电液伺服加载装置中的加载杆垂直作用在所述两向加载箱体部分的弹性加载板B上。

所述主轴支撑部分还包括抱夹结构、电主轴底座和底座支撑块；所述电主轴固定在抱夹结构上，两端伸出，所述抱夹结构和所述电主轴平行的一侧壁固定在所述电主轴底座上，所述电主轴底座固定在所述底座支撑块上，所述底座支撑块固定在所述支撑台架上。

所述主轴扭矩加载部分还包括弹性膜片联轴器、测功机、S型拉压力传感器、加载棒和测功机基座；所述加载棒的一端装卡在所述电主轴的三爪卡盘上，另一端通过所述弹性膜片联轴器和所述测功机的输出轴连接，所述电主轴、加载棒和测功机的输出轴同轴，所述测功机通过所述测功机基座固定在所述支撑台架上，所述S型拉压力传感器一端固定在所述测功机上，另一端固定在所述测功机基座上，所述加载棒为阶梯轴。

所述加载单元包括左侧防尘端盖、加载单元外壳、冷却铜管、轴承座、左侧轴承、套筒、右侧轴承、轴承端盖、右侧防尘端盖和密封圈；所述左侧轴承、套筒和右侧轴承一侧安装在所述加载棒上，所述左侧轴承和右侧轴承与加载棒过盈配合，所述右侧轴承内环和所述加载棒的轴肩接触定位，所述左侧轴承和右侧轴承的外环与所述轴承座之间采用过渡配合或间隙配合，所述轴承端盖和所述轴承座一端紧固连接，轴承端盖内侧和所述右侧轴承内环接触，所述冷却铜管套在所述轴承座的外圆柱面上，所述加载单元外壳套在所述冷却铜管上，加载单元外壳靠近左侧轴承一端和所述轴承座固定连接，所述左侧防尘端盖和右侧防尘端盖分别和所述加载单元外壳紧固连接，所述左侧防尘端盖和右侧防尘端盖与加载棒接触处设置有密封圈。

所述移动平台包括导轨支撑、导轨、伺服电机、联轴器壳体、联轴器、丝杠和丝杠支撑；所述伺服电机固定所述联轴器壳体上，伺服电机的输出轴通过联轴器和丝杠的一端连接，所述丝杠的另一端通过丝杠支撑设置在所述导轨支撑上，两个平行的导轨设置在所述导轨支撑上，两个所述导轨设置在所述丝杠两侧并和所述丝杠平行，所述丝杠和一个丝杠螺母形成丝杠螺母副，所述丝杠螺母上固定有一个滑块，所述滑块和两个导轨形成移动副，所述导轨支撑通过一个底座支撑固定在所述支撑台架上，所述电液伺服加载装置固定在所述滑块上。

所述电液伺服加载装置还包括保持架、液压缸、伺服阀、弹性加载板A、伺服加载工作台、滑板、力传感器和位移传感器；所述滑板下端面通过所述伺服加载工作台固定在所述滑块上，所述滑板上端面四周设置有保持架，中间固定有液压缸，所述液压缸的活塞杆一端通过关节轴承和所述滑板连接，另一端和所述弹性加载板A的一端面连接，所述弹性加载板A的另一端面和所述加载杆连接，所述力传感器测量所述加载杆的加载力，所述位移传感器测量所述加载杆伸出的位移，所述伺服阀控制所述液压缸的加载杆动作。

所述弹性加载板A和弹性加载板B的结构相同，所述弹性加载板A包括左连接板、右连接板和两个套筒；所述左连接板和右连接板相对设置，左连接板和右连接板两端通过两个螺栓连接，两个套筒设置在左连接板和右连接板之间，两个套筒套在所述两个螺栓上。

所述旋转单元包括摆臂轴承、推力轴承、摆臂轴和摆臂锁紧螺母；所述摆臂轴承和所述推力轴承依次设置在所述摆臂轴上，轴向加载摆臂或径向加载摆臂和所述摆臂轴承配合，所述摆臂轴一端和所述旋转单元支撑螺纹连接，并通过所述摆臂锁紧螺母锁紧，另一端和所述两向加载机构壳体连接，并设置有加载端盖。

所述换刀系统部分包括机械手、刀柄、刀柄支架、换刀传动箱、换刀传动箱支架和换刀机械手电机；所述换刀传动箱固定在所述换刀传动箱支架上，所述换刀机械手电机固定在所述换刀传动箱上，所述刀柄通过刀柄支架设置在所述换刀传动箱上端，所述换刀机械手电机带动所述机械手转动，所述机械手和所述刀柄配合实现换刀，所述换刀传动箱支架设置在主轴支撑部分的外侧，两端固定在所述支撑台架上。

所述试验装置还包括固定在支撑台架上的油气润滑装置、控制柜和冷却装置；所述控制柜对整个试验装置进行控制，所述油气润滑装置和所述冷却装置对电主轴进行润滑和冷却。

本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置采用一套单液压缸双向切削力加载部分完成对电主轴轴向力与径向力的两向加载，降低制造成本，同时利用测功机对加载棒进行扭矩加载，模拟电主轴在真实加工工件过程中所受的切削力和切削扭矩。通过对被测的机床主轴进行模拟真实工况的可靠性试验，激发、暴露产品的故障，为产品的可靠性增长和评估提供实用的基础数据；

2、本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置利用一套单液压缸双向切削力加载部分实现动、静态加载；切削力幅值和加载频率、动力头切削扭矩根据不同工况下动态可调；

3、本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置采用了可拆卸的测功机工作台，可以对测功机与加载棒脱离，使试验台拆装方便，便于更换各种型号的电主轴；

4、本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置可以同时完成可靠性试验及换刀试验，功能多元化；

5、本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置将电主轴立式安装，更符合实际主轴安装方式，可以模拟真实的加工环境，同时符合人体工学，操作更方便。

附图说明

图1为本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置整体结构示意图；

图2为本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置中两向加载箱体部分结构示意图；

图3为本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置中两向加载箱体部分结构外壳示意图；

图4为本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置中旋转单元结构示意图；

图5为本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置中径向加载摆臂结构示意图；

图6为本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置中径向加载臂支撑结构示意图；

图7为本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置中主轴支撑部分和主轴扭矩加载部分机构示意图；

图8为本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置中加载单元结构示意图；

图9为本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置中切削力加载部分结构示意图；

图10为本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置中换刀系统部分结构示意图；

图11为本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置的换刀原理图；

其中：1、油气润滑装置，2、支撑台架，3、控制柜，4、地平铁，5、冷却装置，6、导轨支撑，7、导轨，8、伺服电机，9、联轴器壳体，10、联轴器，11、关节轴承，12、保持架，13、伺服阀，14、丝杠，15、丝杠支撑，16、弹性加载板A，17、力传感器，18、加载杆，19、测功机基座，20、测功机，21、弹性膜片联轴器，22、加载单元，23、抱夹结构，24、电主轴底座，25、旋转单元，26、弹性加载板B，27、径向加载端盖，28、径向加载臂，29、径向加载臂支撑，30、轴向加载卡爪，31、轴向加载端盖，32、轴向加载摆臂，33、挡圈，34、摆臂轴承，35、推力轴承，36、摆臂轴，37、摆臂锁紧螺母，38、两向加载机构壳体，39、旋转单元支撑，40、机械手，41、刀柄、42、刀柄支架，43、换刀传动箱，44、换刀传动箱支架，45、换刀机械手电机，46、S型拉压力传感器，47、加载棒，48、电主轴，49、底座支撑块，50、滑板，51、液压缸，52、位移传感器，54、伺服加载工作台，55、左侧防尘端盖，56、加载单元外壳，57、左侧轴承，58、冷却铜管，59、套筒，60、轴承座，61、右侧轴承，62、轴承端盖，63、右侧防尘端盖，64、密封圈，65、切削力加载部分，66、两向加载箱体部分，67、主轴扭矩加载部分，68、换刀系统部分。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。

参见附图1，本实用新型的高速电主轴加载及换刀试验装置包括地平铁4、支撑台架2、主轴支撑部分、主轴扭矩加载部分67、单液压缸双向切削力加载部分和换刀系统部分68；

所述支撑台架2固定在所述地平铁4上，所述主轴支撑部分和所述主轴扭矩加载部分67竖直固定在所述支撑台架2上，所述主轴扭矩加载部分67与所述主轴支撑部分的电主轴48连接实现扭矩加载，所述电主轴48竖直方向设置，所述单液压缸双向切削力加载部分固定在所述地平铁4上，作用在所述主轴扭矩加载部分67的加载单元22上，实现双向切削力加载，所述换刀系统部分68固定在所述支撑台架2上；

所述单液压缸双向切削力加载部分包括切削力加载部分65和两向加载箱体部分66；所述切削力加载部分65包括电液伺服加载装置和移动平台，所述移动平台固定在所述地平铁4上，所述电液伺服加载装置固定在所述移动平台上，所述移动平台的移动方向和所述电液伺服加载装置的力的加载方向垂直；

参见附图2和附图3，所述两向加载箱体部分66包括两向加载机构壳体38、旋转单元支撑39、两个旋转单元25、弹性加载板B26、径向加载臂28、径向加载臂支撑29、轴向加载摆臂32和径向加载摆臂；

参见附图4，所述旋转单元25包括摆臂轴承34、推力轴承35、摆臂轴36和摆臂锁紧螺母37；所述摆臂轴承34和所述推力轴承35依次设置在所述摆臂轴36上，轴向加载摆臂32或径向加载摆臂和所述摆臂轴承34配合，所述摆臂轴36一端和所述旋转单元支撑39螺纹连接，并通过所述摆臂锁紧螺母37锁紧，另一端和所述两向加载机构壳体38连接，并设置有加载端盖。

以轴向加载为例，轴向加载卡爪30与加载单元22接触部分为一半圆凸面，摆臂轴36与旋转单元支撑39通过螺纹连接，通过摆臂轴36锁紧螺母锁紧摆臂轴36防止松动，轴向加载摆臂32与轴向加载卡爪30通过螺纹连接，轴向加载摆臂32与带止动环的摆臂轴承34相配合，摆臂轴承34上端装推力轴承35，利用加载端盖对摆臂轴承34和推力轴承35进行预紧，轴向加载端盖31与两向加载机构壳体38的左端面进行螺栓连接，并设置有挡圈33。

参见附图5，所述径向加载摆臂为一板式件，正中间有一圆孔用于与摆臂轴承34连接，在径向加载摆臂的一端焊接有一柱状加载头。

所述轴向加载摆臂32也为一板式件，正中间有一圆孔用于与摆臂轴承34连接，在轴向加载摆臂32的一端开有两个螺纹孔用于与轴向加载卡爪30进行螺纹连接。

参见附图6，所述的径向加载臂支撑29为一矩形板类结构件，径向加载臂支撑29的矩形底板两侧分别开有三个矩形延长孔通过螺栓和T型螺母与地平铁4相连。三块肋板成工字型支撑结构焊接在矩形底板上，中间肋板通过销轴与径向加载臂28相连。

所述的径向加载臂28为一板类焊接件，前端为一铁环用于与径向加载臂支撑29的销轴相连，其上焊接一长方体板。

所述切削力加载部分65中电液伺服加载装置中的加载杆18垂直作用在所述两向加载箱体部分66的弹性加载板B26上。

所述两向加载机构壳体38为一半开式板类连接箱体结构，其上板为一矩形板类结构件，在板的左侧中央开有一矩形孔，板的右侧中心均布有四个螺纹孔，在四个螺纹孔中间有一中心圆孔，用于与径向加载端盖27进行螺纹连接，板的四周分布四个螺纹孔用于箱体下半部进行螺纹连接。

所述两向加载机构壳体38的左侧面为一矩形板类结构，其上表面有两个螺纹孔用于与上板进行螺纹连接，其内侧面有四个螺纹孔用于与两向加载机构壳体3838的后面向连接。其右侧面均布有四个了螺纹孔，在四个螺纹孔中间有一中心圆孔，用于与轴向加载端盖31进行螺纹连接。

所述的两项加载机构壳体的后面也是一个阶梯型板类零件，在其上表面分部两个螺纹孔用于与上表面进行螺纹连接，其侧面均布四个螺纹孔与两向加载箱体的左侧面进行螺纹连接，同时，在其正面的右上部分呈L型均布四个螺纹孔，用于与径向转轴支撑进行螺纹连接。

旋转单元支撑39为一板类连接件，其上板为一矩形板类结构件，在板的后面均布四个螺纹孔用于与两向加载机构壳体38的后面进行螺纹连接，在板的前面均布四个螺纹孔用于与旋转单元支撑39的前端面进行螺纹连接，在板的右侧面均布四个螺纹孔用于与旋转单元支撑39的右侧面进行螺纹连接，其上表面均布有四个了螺纹孔，在四个螺纹孔中间有一中心圆孔，用于与摆臂轴36进行螺纹连接。径向转轴支撑的左侧面为一矩形板类零件，其上表面、前后两个侧表面均分布四个螺纹孔，其上表面均布有四个了螺纹孔，在四个螺纹孔中间有一中心圆孔，用于与摆臂轴36进行螺纹连接径向转轴支撑的前表面也为一个矩形板类零件，其正面的上边和左边呈L型的两边各分布四个螺纹孔用于与径向转轴支撑的上面与右侧面进行螺纹连接。两项加载机构壳体下板两侧分别开有三个矩形延长孔通过螺栓和T型螺母与地平铁4相连。

旋转单元支撑39固定在所述两向加载机构壳体38上，所述轴向加载摆臂32和径向加载摆臂分别通过一个所述旋转单元25设置在旋转单元支撑39和两向加载机构壳体38之间，所述径向加载臂支撑29固定在所述两向加载机构壳体38下端面，所述径向加载臂28下端和所述径向加载臂支撑29固定连接，上端和所述径向加载摆臂的一端接触，所述径向加载摆臂的另一端的径向加载头和所述主轴扭矩加载部分67的加载单元22接触，并垂直作用在加载单元22上，所述弹性加载板B26的一端和所述轴向加载摆臂32固定连接，另一端和所述径向加载臂28靠近径向加载臂支撑29的一端固定连接，所述轴向加载摆臂32的另一端通过轴向加载卡爪30和主轴扭矩加载部分67的加载单元22接触。

参见附图7，所述主轴支撑部分还包括抱夹结构23、电主轴底座24和底座支撑块49；所述电主轴48通过螺栓固定在抱夹结构23上，两端伸出，所述抱夹结构23和所述电主轴48平行的一侧壁固定在所述电主轴底座24上，所述电主轴底座24通过螺栓与T型螺母固定在所述底座支撑块49上，所述底座支撑块49固定在所述支撑台架2中部。通过抱夹结构23和电主轴底座24可以对电主轴48长度方向进行调整，通过改变底座支撑块49的厚度可以对电主轴48的高度方向进行调整，从而实现电主轴48与测功机20的同轴度的调整，抱夹结构23通过螺栓和T型螺母固定在电主轴底座24上，电主轴48的主轴方向向下，其中心轴线与支撑台架2的前表面平行，垂直于地平铁4。所述抱夹结构23为环抱在所述电主轴48外侧的壳体结构起到固定电主轴的作用。

所述主轴扭矩加载部分67还包括弹性膜片联轴器21、测功机20、S型拉压力传感器46、加载棒47和测功机基座19；所述加载棒47的一端装卡在所述电主轴48的三爪卡盘上，另一端通过所述弹性膜片联轴器21和所述测功机20的输出轴连接，所述电主轴48、加载棒47和测功机20的输出轴同轴，所述测功机20通过所述测功机基座19固定在所述支撑台架2上，所述S型拉压力传感器46一端固定在所述测功机20上，另一端固定在所述测功机基座19上，所述加载棒47是阶梯轴，加载棒47小端有沿其轴线对称的圆头A型键槽。

所述的测功机基座19是一方形箱体结构，四角处分别分布有一个通孔，通过螺栓和螺母固定在地平铁4上。

加载棒47大端装卡在主轴箱的三爪卡盘上，另一端小端通过两个A型键与型号JM116的弹性膜片联轴器21一端连接，测功机20的输出轴与弹性膜片联轴器21的另一端通过两个A型键连接，所述的测功机20采用的是交流电力测功机DL662，通过螺栓固定在测功机基座19上，测功机基座19通过T型螺母固定在支撑台架2上，S型拉力传感器17实时监控所施加力矩的大小。测功机20所在位置为支撑台架2的中下部并距离地平铁4有小段距离，便于其安装与拆卸。

参见附图8，所述加载单元22包括左侧防尘端盖55、加载单元外壳56、冷却铜管58、轴承座60、左侧轴承57、套筒59、右侧轴承61、轴承端盖62、右侧防尘端盖63和密封圈64；所述左侧轴承57、套筒59和右侧轴承61一侧安装在所述加载棒47上，所述左侧轴承57和右侧轴承61与加载棒47过盈配合，所述右侧轴承61内环和所述加载棒47的轴肩接触定位，所述左侧轴承57和右侧轴承61的外环与所述轴承座60之间采用过渡配合或间隙配合，所述轴承端盖62和所述轴承座60一端紧固连接，轴承端盖62内侧和所述右侧轴承61内环接触，所述冷却铜管58套在所述轴承座60的外圆柱面上，所述加载单元外壳56套在所述冷却铜管58上，加载单元外壳56靠近左侧轴承57一端和所述轴承座60固定连接，所述左侧防尘端盖55和右侧防尘端盖63分别和所述加载单元外壳56紧固连接，所述左侧防尘端盖55和右侧防尘端盖63与加载棒47接触处设置有密封圈64。所述左侧防尘端盖55和右侧防尘端盖63是方形铁板，内部是阶梯孔，内侧表面有梯形环槽；所述轴承单元外壳是梯形铁块，内部有阶梯孔，两端面分别绕阶梯孔周围均布有六个螺纹孔，左端面还均布另外的四个螺纹孔；所述冷却铜管58是螺旋状铜管；所述轴承座60是圆柱体铁块，内部有阶梯孔，两端绕阶梯孔圆周均布有螺纹孔；

轴承座60通过其内孔的环形台阶与左侧轴承57配合；轴承端盖62通过螺钉与轴承座60紧固连接，轴承端盖62左端凸起圆环顶住右侧轴承61的外环，对轴承组进行预紧；所述加载单元22的轴承采用脂润滑和水冷却，水在冷却铜管58里流动对轴承进行冷却。

参见附图9，所述移动平台包括导轨支撑6、导轨7、伺服电机8、联轴器壳体9、联轴器10、丝杠14和丝杠支撑15；所述伺服电机8固定所述联轴器壳体9上，伺服电机8的输出轴通过联轴器10和丝杠14的一端连接，所述丝杠14的另一端通过丝杠支撑15设置在所述导轨支撑6上，两个平行的导轨7设置在所述导轨支撑6上，两个所述导轨7设置在所述丝杠14两侧并和所述丝杠14平行，所述丝杠14和一个丝杠螺母形成丝杠螺母副，所述丝杠螺母上固定有一个滑块，所述滑块和两个导轨7形成移动副，所述导轨支撑6通过一个底座支撑固定在所述支撑台架2上，所述电液伺服加载装置固定在所述滑块上。通过改变底座支撑的厚度可以对移动平台的高度方向进行调整。所述移动平台通过T型螺栓固定在地平铁4的左侧，其长边与地平铁4的短边相平行。

所述电液伺服加载装置还包括保持架12、液压缸51、伺服阀13、弹性加载板A16、伺服加载工作台54、滑板50、力传感器17和位移传感器52；所述滑板50下端面通过所述伺服加载工作台54固定在所述滑块上，所述滑板50上端面四周设置有保持架12，中间固定有液压缸51，所述液压缸51的活塞杆一端通过关节轴承11和所述滑板50连接，另一端和所述弹性加载板A16的一端面连接，所述弹性加载板A16的另一端面和所述加载杆18连接，所述力传感器17测量所述加载杆18的加载力，所述位移传感器52测量所述加载杆18伸出的位移，所述伺服阀13控制所述液压缸51的加载杆18动作。所述的滑板50是一矩形板类结构件，滑板50的上平面从左至右均布有两条T形槽，滑板50的下平面的中间均布两排螺纹孔用于和伺服加载工作台54进行螺纹连接，螺纹孔的回转轴线和伺服加载工作台54的上平面与下平面相垂直。

所述的液压缸51选用单活塞杆或者双活塞杆式液压油缸，液压缸51的纵向对称轴线处于保持架12的纵向对称面内，液压缸51前端安装位移传感器52支架，当活塞杆移动时位移传感器52的内芯也随着移动，位移传感器52便能测得活塞杆的位移。

所述弹性加载板A16和弹性加载板B26的结构相同，所述弹性加载板A16包括左连接板、右连接板、两个结构相同的套筒、两个规格相同的螺栓和两个规格相同的螺母组成，其中左连接板与右连接板结构相同。两个规格相同的螺栓插入左连接板与右连接板两侧的通孔中，两个结构相同的套筒套装在左连接板与右连接板之间的两个螺栓上，最后再通过两个结构相同的螺母将左连接板、右连接板与个结构相同的套筒固定连接在一起。

弹性加载板A16的右连接板上的螺纹孔与双头螺柱的左端螺纹连接，双头螺柱的右端螺纹和加载杆18连接，左连接板上的螺纹孔与液压缸51的活塞杆右端螺纹连接。弹性加载板A16可以吸收部分激振位移且可以传递力。弹性加载板A16的固有频率应大于激振频率二倍以上。

所述弹性加载板B26的前连接板的两侧还分别开有螺纹孔，用于与轴向加载摆臂32和径向加载臂28进行螺纹连接。弹性加载板B26可以吸收部分激振位移且可以传递力。弹性加载板B26的固有频率应大于激振频率二倍以上。

参见附图10，所述换刀系统部分68包括机械手40、刀柄41、刀柄支架42、换刀传动箱43、换刀传动箱支架44和换刀机械手电机45；所述换刀传动箱43固定在所述换刀传动箱支架44上，所述换刀机械手电机45固定在所述换刀传动箱43上，所述刀柄41通过刀柄支架42设置在所述换刀传动箱43上端，所述换刀机械手电机45带动所述机械手40转动，所述机械手40和所述刀柄41配合实现换刀，所述换刀传动箱支架44设置在主轴支撑部分的外侧，两端固定在所述支撑台架2上。

所述换刀传动箱支架44为板类连接件，其上板的四个角分别开有条形孔用于与换刀传动箱43进行螺纹连接，换刀传动箱支架44的两侧为L型焊接件，L型侧板与上板螺纹连接，同时L型侧板的下表面开有两条形槽用于与支撑台架2进行螺纹连接。在L型侧板的侧面与地面之间有一肋板提高其刚度。

刀柄支架42为一L型焊接板，其侧板与下板之间有一肋板提高其刚度，侧板上部均匀分布四个螺纹孔，用于与标准的储刀位置进行螺纹连接，在储刀位置中储存标准刀柄41。

刀库机械手40作为公知技术，在此对机械手40刀库的具体结构不作赘述。

所述试验装置还包括固定在支撑台架2上的油气润滑装置1、控制柜3和冷却装置5；所述控制柜3对整个试验装置进行控制，所述油气润滑装置1和所述冷却装置5对电主轴48进行润滑和冷却。

本实用新型的高速电主轴48加载及换刀试验装置可靠性加载试验工作原理：当进行电主轴48可靠性加载试验时，将试验台按照图一所示进行装配与连接，试验之前先确定想要模拟的动静态力的大小，调整移动平台使电液伺服加载装置调节到指定位置，当液压缸51末端的加载杆18作用在弹性加载板B26上后，液压缸51上的力将在弹性加载板B26的两侧分解成两个力，轴向力将沿轴向加载摆臂32加载到加载单元22的轴向，径向力通过径向加载臂28将力传递到径向加载摆臂后，将力加载到加载单元22的径向，最后通过上位工控机来控制，在控制界面上选定一定参数通过一端口与下位测功机20控制仪、伺服阀13控制器通讯，测功机控制仪控制测功机20给转动的加载棒47施加扭矩，同时上位工控机采集电液伺服加载装置上的力传感器17和位移传感器52的反馈信号，对电液伺服加载装置进行闭环控制，整个控制过程是实时监控。

本实用新型所述的高速电主轴48加载及换刀试验装置在对电主轴48进行可靠性试验时，根据需要模拟的切削工况，设置好切削力加载装置。在界面上设置好加载力、振动频率、加载波形、加载时间、加载扭矩以及机床主轴转速等各项参数，试验开始后，上位工控机控制机床主轴的转速，同时控制液压加载系统和扭矩加载系统，加载过程结束后，伺服阀13控制液压加载系统加载头缩回，同时停止扭矩加载系统。

参见附图11，本实用新型的高速电主轴48加载及换刀试验装置的换刀试验工作原理为：将图一中测功机20、加载棒47、加载单元22取下，将加载棒47换成标准刀柄41插入电主轴48中。机械手40处于待机状态，安装时将其定位到换刀高度；机械手40绕其中心对称结构的对称中心顺时针旋转换刀角度γ，使机械手40处于抓刀状态，此时，机械手40的一个卡爪抓住在储存刀位中的刀柄41，另一个卡爪抓住在电主轴48中的刀柄41；之后，机械手40垂直向下移动进行拔刀，带动储存到位中的刀柄41拔出，带动在电主轴48中的刀柄41及其所带的刀具从电主轴48拔出；之后，机械手40绕其中心对称结构的对称中心顺时针旋转180度，两个刀柄41及其所带的刀具交换位置；之后，机械手40垂直向上移动进行插刀，带动一个卡爪中的刀柄41及其所带的刀具插入电主轴48，带动另一个卡爪中的刀柄41及其所带的刀具插入储存刀位上的刀套。换刀之后机械手40绕其中心对称结构的对称中心逆时针旋转γ，机械手40处于待机状态一次换刀动作完成。

Claims (10)

1.高速电主轴加载及换刀试验装置，包括地平铁(4)，其特征在于，还包括支撑台架(2)、主轴支撑部分、主轴扭矩加载部分(67)、单液压缸双向切削力加载部分和换刀系统部分(68)；

所述支撑台架(2)固定在所述地平铁(4)上，所述主轴支撑部分和所述主轴扭矩加载部分(67)竖直固定在所述支撑台架(2)上，所述主轴扭矩加载部分(67)与所述主轴支撑部分的电主轴(48)连接实现扭矩加载，所述电主轴(48)竖直方向设置，所述单液压缸双向切削力加载部分固定在所述地平铁(4)上，作用在所述主轴扭矩加载部分(67)的加载单元(22)上，实现双向切削力加载，所述换刀系统部分(68)固定在所述支撑台架(2)上；

所述单液压缸双向切削力加载部分包括切削力加载部分(65)和两向加载箱体部分(66)；所述切削力加载部分(65)包括电液伺服加载装置和移动平台，所述移动平台固定在所述地平铁(4)上，所述电液伺服加载装置固定在所述移动平台上，所述移动平台的移动方向和所述电液伺服加载装置的力的加载方向垂直；

所述两向加载箱体部分(66)包括两向加载机构壳体(38)、旋转单元支撑(39)、两个旋转单元(25)、弹性加载板B(26)、径向加载臂(28)、径向加载臂支撑(29)、轴向加载摆臂(32)和径向加载摆臂；旋转单元支撑(39)固定在所述两向加载机构壳体(38)上，所述轴向加载摆臂(32)和径向加载摆臂分别通过一个所述旋转单元(25)设置在旋转单元支撑(39)和两向加载机构壳体(38)之间，所述径向加载臂支撑(29)固定在所述两向加载机构壳体(38)下端面，所述径向加载臂(28)下端和所述径向加载臂支撑(29)固定连接，上端和所述径向加载摆臂的一端接触，所述径向加载摆臂的另一端的径向加载头和所述主轴扭矩加载部分(67)的加载单元(22)接触，并垂直作用在加载单元(22)上，所述弹性加载板B(26)的一端和所述轴向加载摆臂(32)固定连接，另一端和所述径向加载臂(28)靠近径向加载臂支撑(29)的一端固定连接，所述轴向加载摆臂(32)的另一端通过轴向加载卡爪(30)和主轴扭矩加载部分(67)的加载单元(22)接触；

所述切削力加载部分(65)中电液伺服加载装置中的加载杆(18)垂直作用在所述两向加载箱体部分(66)的弹性加载板B(26)上。

2.根据权利要求1所述的高速电主轴加载及换刀试验装置，其特征在于，所述主轴支撑部分还包括抱夹结构(23)、电主轴底座(24)和底座支撑块(49)；

所述电主轴(48)固定在抱夹结构(23)上，两端伸出，所述抱夹结构(23)和所述电主轴(48)平行的一侧壁固定在所述电主轴底座(24)上，所述电主轴底座(24)固定在所述底座支撑块(49)上，所述底座支撑块(49)固定在所述支撑台架(2)上。

3.根据权利要求1或2所述的高速电主轴加载及换刀试验装置，其特征在于，所述主轴扭矩加载部分(67)还包括弹性膜片联轴器(21)、测功机(20)、S型拉压力传感器(46)、加载棒(47)和测功机基座(19)；

所述加载棒(47)的一端装卡在所述电主轴(48)的三爪卡盘上，另一端通过所述弹性膜片联轴器(21)和所述测功机(20)的输出轴连接，所述电主轴(48)、加载棒(47)和测功机(20)的输出轴同轴，所述测功机(20)通过所述测功机基座(19)固定在所述支撑台架(2)上，所述S型拉压力传感器(46)一端固定在所述测功机(20)上，另一端固定在所述测功机基座(19)上，所述加载棒(47)为阶梯轴。

4.根据权利要求3所述的高速电主轴加载及换刀试验装置，其特征在于，所述加载单元(22)包括左侧防尘端盖(55)、加载单元外壳(56)、冷却铜管(58)、轴承座(60)、左侧轴承(57)、套筒(59)、右侧轴承(61)、轴承端盖(62)、右侧防尘端盖(63)和密封圈(64)；

所述左侧轴承(57)、套筒(59)和右侧轴承(61)一侧安装在所述加载棒(47)上，所述左侧轴承(57)和右侧轴承(61)与加载棒(47)过盈配合，所述右侧轴承(61)内环和所述加载棒(47)的轴肩接触定位，所述左侧轴承(57)和右侧轴承(61)的外环与所述轴承座(60)之间采用过渡配合或间隙配合，所述轴承端盖(62)和所述轴承座(60)一端紧固连接，轴承端盖(62)内侧和所述右侧轴承(61)内环接触，所述冷却铜管(58)套在所述轴承座(60)的外圆柱面上，所述加载单元外壳(56)套在所述冷却铜管(58)上，加载单元外壳(56)靠近左侧轴承(57)一端和所述轴承座(60)固定连接，所述左侧防尘端盖(55)和右侧防尘端盖(63)分别和所述加载单元外壳(56)紧固连接，所述左侧防尘端盖(55)和右侧防尘端盖(63)与加载棒(47)接触处设置有密封圈(64)。

5.根据权利要求1所述的高速电主轴加载及换刀试验装置，其特征在于，所述移动平台包括导轨支撑(6)、导轨(7)、伺服电机(8)、联轴器壳体(9)、联轴器(10)、丝杠(14)和丝杠支撑(15)；

所述伺服电机(8)固定所述联轴器壳体(9)上，伺服电机(8)的输出轴通过联轴器(10)和丝杠(14)的一端连接，所述丝杠(14)的另一端通过丝杠支撑(15)设置在所述导轨支撑(6)上，两个平行的导轨(7)设置在所述导轨支撑(6)上，两个所述导轨(7)设置在所述丝杠(14)两侧并和所述丝杠(14)平行，所述丝杠(14)和一个丝杠螺母形成丝杠螺母副，所述丝杠螺母上固定有一个滑块，所述滑块和两个导轨(7)形成移动副，所述导轨支撑(6)通过一个底座支撑固定在所述支撑台架(2)上，所述电液伺服加载装置固定在所述滑块上。

6.根据权利要求5所述的高速电主轴加载及换刀试验装置，其特征在于，所述电液伺服加载装置还包括保持架(12)、液压缸(51)、伺服阀(13)、弹性加载板A(16)、伺服加载工作台(53)、滑板(50)、力传感器(17)和位移传感器(52)；

所述滑板(50)下端面通过所述伺服加载工作台(53)固定在所述滑块上，所述滑板(50)上端面四周设置有保持架(12)，中间固定有液压缸(51)，所述液压缸(51)的活塞杆一端通过关节轴承(11)和所述滑板(50)连接，另一端和所述弹性加载板A(16)的一端面连接，所述弹性加载板A(16)的另一端面和所述加载杆(18)连接，所述力传感器(17)测量所述加载杆(18)的加载力，所述位移传感器(52)测量所述加载杆(18)伸出的位移，所述伺服阀(13)控制所述液压缸(51)的加载杆(18)动作。

7.根据权利要求6所述的高速电主轴加载及换刀试验装置，其特征在于，所述弹性加载板A(16)和弹性加载板B(26)的结构相同，所述弹性加载板A(16)包括左连接板、右连接板和两个套筒；所述左连接板和右连接板相对设置，左连接板和右连接板两端通过两个螺栓连接，两个套筒设置在左连接板和右连接板之间，两个套筒套在所述两个螺栓上。

8.根据权利要求1所述的高速电主轴加载及换刀试验装置，其特征在于，所述旋转单元(25)包括摆臂轴承(34)、推力轴承(35)、摆臂轴(36)和摆臂锁紧螺母(37)；

所述摆臂轴承(34)和所述推力轴承(35)依次设置在所述摆臂轴(36)上，轴向加载摆臂(32)或径向加载摆臂和所述摆臂轴承(34)配合，所述摆臂轴(36)一端和所述旋转单元支撑(39)螺纹连接，并通过所述摆臂锁紧螺母(37)锁紧，另一端和所述两向加载机构壳体(38)连接，并设置有加载端盖。

9.根据权利要求1所述的高速电主轴加载及换刀试验装置，其特征在于，所述换刀系统部分(68)包括机械手(40)、刀柄(41)、刀柄支架(42)、换刀传动箱(43)、换刀传动箱支架(44)和换刀机械手电机(45)；所述换刀传动箱(43)固定在所述换刀传动箱支架(44)上，所述换刀机械手电机(45)固定在所述换刀传动箱(43)上，所述刀柄(41)通过刀柄支架(42)设置在所述换刀传动箱(43)上端，所述换刀机械手电机(45)带动所述机械手(40)转动，所述机械手(40)和所述刀柄(41)配合实现换刀，所述换刀传动箱支架(44)设置在主轴支撑部分的外侧，两端固定在所述支撑台架(2)上。

10.根据权利要求1所述的高速电主轴加载及换刀试验装置，其特征在于，所述试验装置还包括固定在支撑台架(2)上的油气润滑装置(1)、控制柜(3)和冷却装置(5)；所述控制柜(3)对整个试验装置进行控制，所述油气润滑装置(1)和所述冷却装置(5)对电主轴(48)进行润滑和冷却。