JP7384463B2 - 電動スピンドルの３次元力負荷装置 - Google Patents

Description

本発明は電動スピンドルのテスト分野に関し、特に電動スピンドルの３次元力負荷装置に関する。

現段階では、数値制御工作機械の高精度加工は、国家の総合力を決定する中核要因となっている。システム全体の精度、性能及び加工品質は、数値制御工作機械の中核部品である電動スピンドの性能に直接的に依存する。電動スピンドルが主軸を通してシャンクを駆動してワークを切削している時、電動スピンドルが受ける力は、シャンクが回転切削により存在するトルク力、シャンクの供給による径方向力と主軸受熱又は他の要因による軸方向伸長による軸方向力である。従来の電動スピンドルテストシステムは、モータの関連テストシステムを含み、そのほとんどは、トルクの関連テストしか実行できず、径方向力、軸方向力の性能の関連テストを実現できない。

したがって、上記の欠点をどのように克服するかは、当業者が現在早急に解決すべき問題となっている。

上記技術的問題を解決するために、本発明は、電動スピンドルのトルク、径方向力及び軸方向力という３つの性能の関連テストを実現する電動スピンドルの３次元力負荷装置を提供する。

上記目的を実現するために、本発明は以下の解決手段を提供する。

本発明は、底板と、前記電動スピンドルといずれも前記底板に設置され、かつ前記電動スピンドルに伝動接続され、電動スピンドルのトルク性能をテストするために用いられるトルク負荷装置と、前記電動スピンドルに回転可能に嵌設され、かつ前記電動スピンドルの軸線方向に沿って位置固定されるケーシングと、前記底板に設置され、前記電動スピンドルの軸線方向に垂直な径方向負荷力を供給するために用いられ、かつ前記ケーシングに固定接続され、前記電動スピンドルの径方向力性能をテストするために用いられる径方向力負荷装置と、前記底板に設置され、前記電動スピンドルの軸線方向に沿う軸方向負荷力を供給し、電動スピンドルの軸方向力性能をテストするために用いられる軸方向力負荷装置と、前記ケーシング及び前記軸方向力負荷装置の両方に接続され、前記軸方向力負荷装置から供給される軸方向負荷力を前記ケーシングに伝達する中間力伝達構造と、を含む電動スピンドルの３次元力負荷装置を提供する。

好ましくは、前記電動スピンドル及び前記トルク負荷装置にそれぞれ第１フランジ及び第２フランジが設置され、前記第１フランジ及び前記第２フランジは可撓性接続テープによって接続され、前記トルク負荷装置と前記電動スピンドルとの伝動接続を実現する。

好ましくは、前記トルク負荷装置は動力計である。

好ましくは、電動スピンドルの３次元力負荷装置は軸受をさらに含み、前記ケーシングは前記軸受によって前記電動スピンドルの主軸接続棒に回転可能に嵌設され、かつ前記軸受は前記ケーシングを前記電動スピンドルの軸線方向に沿って位置固定させることができる。

好ましくは、前記軸受は深溝玉軸受又は角接触軸受である。

好ましくは、電動スピンドルの３次元力負荷装置は交流電源をさらに含み、前記径方向力負荷装置は径方向電磁力負荷装置であり、前記軸方向力負荷装置は軸方向電磁力負荷装置であり、前記径方向電磁力負荷装置は前記交流電源に電気的に接続され、前記電動スピンドルの軸線方向に垂直な径方向電磁力を供給し、前記軸方向力負荷装置は前記交流電源に電気的に接続され、前記電動スピンドル軸線方向に沿う軸方向電磁力を供給する。

好ましくは、前記軸方向力負荷装置は第１ベース、第１上ケース、第１力検出装置、第１負荷棒、第１コイル及び第１磁石を含み、前記第１ベースは前記底板に固定接続され、前記第１上ケースは前記第１ベースの上方に設置され、前記第１上ケースは前記第１ベースにスライド可能に接続され、前記第１コイルと前記第１磁石は前記第１上ケースと前記第１ベースとの間に設置され、前記第１コイルはいずれも前記交流電源に電気的に接続され、前記第１負荷棒は前記第１力検出装置によって前記第１上ケースに接続され、かつ前記第１力負荷棒は前記ケーシングに固定接続され、前記軸方向力負荷装置は第２ベース、第２上ケース、第２力検出装置、第２負荷棒、第２コイル及び第２磁石を含み、前記第２ベースは前記底板に固定接続され、前記第２上ケースは前記第２ベースの上方に設置され、前記第２上ケースは前記第２ベースにスライド可能に接続され、前記第２コイルと前記第２磁石は前記第２上ケースと前記第２ベースとの間に設置され、前記第２コイルはいずれも前記交流電源に電気的に接続され、前記第２負荷棒は前記第２力検出装置によって前記第２上ケースに接続され、かつ前記第２力負荷棒は前記中間力伝達機構に固定接続される。

好ましくは、電動スピンドルの３次元力負荷装置は第１ガス供給装置と第２ガス供給装置をさらに含み、前記第１ガス供給装置は前記第１ベースと前記第１上ケースとの間にガスを供給して、前記第１上ケースを前記第１ベースの上方に浮遊させるために用いられ、前記第２ガス供給装置は前記第２ベースと前記第２上ケースとの間にガスを供給して、前記第２上ケースを前記第２ベースの上方に浮遊させるために用いられる。

好ましくは、前記中間力伝達機構は回転棒と支持棒を含み、前記支持棒は前記底板に設置され、前記回転棒と前記支持棒は回転可能に接続され、前記回転棒の一端は前記ケーシングに固定接続され、前記回転棒の他端は前記軸方向力負荷装置に固定接続される。

本発明は、従来技術に対して、以下の技術的効果を取得する。

本発明が提供する電動スピンドルの３次元力負荷装置は、底板と、電動スピンドルといずれも底板に設置され、かつ電動スピンドルに伝動接続され、電動スピンドルのトルク性能をテストするために用いられるトルク負荷装置と、電動スピンドルに回転可能に嵌設され、かつ電動スピンドルの軸線方向に沿って位置固定されるケーシングと、底板に設置され、電動スピンドルの軸線方向に垂直な径方向負荷力を供給するために用いられ、かつケーシングに固定接続され、電動スピンドルの径方向力性能をテストするために用いられる径方向力負荷装置と、底板に設置され、電動スピンドルの軸線方向に沿う軸方向負荷力を供給し、電動スピンドルの軸方向力性能をテストするために用いられる軸方向力負荷装置と、ケーシング及び前記軸方向力負荷装置の両方に接続され、軸方向力負荷装置から供給される軸方向負荷力をケーシングに伝達する中間力伝達構造と、を含む。具体的な使用過程において、トルク負荷装置を通して電動スピンドルのトルク性能テストを実現でき、径方向力負荷装置を通して電動スピンドルの径方向力性能テストを実現でき、軸方向力負荷装置を通して電動スピンドルの軸方向力性能テストを実現できる。このように、本発明が提供する電動スピンドルの３次元力負荷装置は電動スピンドルのトルク、径方向力及び軸方向力という３つの性能の関連テストを実現できる。

本発明の実施例又は従来技術における技術的解決手段を、より明確に説明するために、以下に実施例に必要な図面を簡単に紹介し、明らかに、以下に記載する図面は、本発明のいくつかの実施例に過ぎず、当業者であれば、創造的な労力を要することなく、これらの図面に基づいて他の図面にも想到し得る。

本発明の実施例で提供する電動スピンドルの３次元力負荷装置である。 可撓性接続テープの設置方式の概略図である。 ケーシングの設置方式の概略図である。 径方向電磁力負荷装置の構造概略図である。 径方向電磁力の発生原理図である。 第１上ケースの浮遊原理図である。 中間力伝達機構の構造概略図である。

以下に本発明の実施例における図面を参照して、本発明の実施例における技術的解決手段を明確かつ完全に説明し、明らかに、記載された実施例は、本発明の一部の実施例に過ぎず、すべての実施例ではない。本発明の実施例に基づき、当業者が創造的な労力を要さずに想到し得る他の実施例はすべて、本発明の技術的範囲に属する。

本発明の目的は、電動スピンドルのトルク、径方向力及び軸方向力という３つの性能の関連テストを実現できる電動スピンドルの３次元力負荷装置を提供することである。

本発明の上記目的、特徴及び利点をより分かり易くするために、以下に図面及び具体的な実施形態を参照して本発明をさらに詳細に説明する。

図１～図７に示すように、本実施例は、電動スピンドルの３次元力負荷装置１００を提供するものであり、底板１と、電動スピンドル４といずれも底板１に設置され、かつ電動スピンドル４に伝動接続され、電動スピンドル４のトルク性能をテストするために用いられるトルク負荷装置と、電動スピンドル４に回転可能に嵌設され、かつ電動スピンドル４の軸線方向に沿って位置固定されるケーシング３と、底板１に設置され、電動スピンドル４の軸線方向に垂直な径方向負荷力を供給するために用いられ、かつケーシング３に固定接続される電動スピンドル４の径方向力性能をテストするために用いられる径方向力負荷装置９と、底板１に設置され、電動スピンドル４の軸線方向に沿う軸方向負荷力を供給し、電動スピンドル４の軸方向力性能をテストするために用いられる軸方向力負荷装置１０と、ケーシング３及び軸方向力負荷装置１０の両方に接続され、軸方向力負荷装置１０から供給される軸方向負荷力をケーシング３に伝達する中間力伝達構造と、を含む。本実施例が提供する電動スピンドルの３次元力負荷装置１００のトルク負荷装置、径方向力負荷装置９及び軸方向力性能テストは、それぞれ電動スピンドル４のトルク性能、径方向力性能及び軸方向力性能の関連テストを実現することができ、従来の電動スピンドルの３次元力負荷装置１００がトルク性能テストしか実現できないという欠陥を効果的に克服する。

本実施例において、図２に示すように、電動スピンドル４及びトルク負荷装置にそれぞれ第１フランジ５及び第２フランジ６が設置され、第１フランジ５と第２フランジ６は可撓性接続テープ７によって接続され、トルク負荷装置と電動スピンドル４の伝動接続を実現する。このようにして、トルク負荷装置が電動スピンドル４の軸方向性能及び径方向性能テストに影響を与えることが効果的に避けられる。可撓性接続テープ７は具体的には軽質のガラスリボンテープ又は炭素繊維テープを選択し、かつ第１フランジ５及び第２フランジ６にそれぞれ可撓性接続テープ７を貫通させるための第１貫通孔及び第２貫通孔が設置され、可撓性接続テープは第１貫通孔と第２貫通孔を貫通し、第１フランジ５と第２フランジ６の接続を実現する。

本実施例において、具体的には、トルク負荷装置は動力計２である。

本実施例において、具体的には、図３に示すように、電動スピンドルの３次元力負荷装置１００は軸受８をさらに含み、ケーシング３は軸受８によって電動スピンドル４の主軸接続棒４０１に回転可能に嵌設され、かつ軸受８はケーシング３を電動スピンドル４の軸線方向に沿って位置固定させることができる。

本実施例において、具体的には、図２に示すように、ケーシング３は軸受８によって電動スピンドル４の主軸接続棒４０１に設置され、第１フランジ５と第２フランジ６はそれぞれ電動スピンドル４の主軸接続棒４０１と動力計２の出力軸２０１に設置される。

本実施例において、具体的には、軸受８は、深溝玉軸受８又は角接触軸受８である。

本実施例において、図４～図５に示すように、電動スピンドルの３次元力負荷装置１００は交流電源１３をさらに含み、径方向力負荷装置９は径方向電磁力負荷装置であり、軸方向力負荷装置１０は軸方向電磁力負荷装置であり、径方向電磁力負荷装置は交流電源１３に電気的に接続され、電動スピンドル４の軸線方向に垂直な径方向電磁力を供給し、軸方向力負荷装置１０は交流電源１３に電気的に接続され、電動スピンドル４の軸線方向に沿う軸方向電磁力を供給し、前記電磁力は振幅と方向が要求に応じて変化してもよい、又は一定の力であってもよい。さらに、軸方向力負荷装置１０は第１ベース９０１、第１上ケース９０２、第１力検出装置９０３、第１負荷棒９０４、第１コイル９０５及び第１磁石９０６を含み、第１ベース９０１は底板１に固定接続され、第１上ケース９０２は第１ベース９０１の上方に設置され、第１上ケース９０２は第１ベース９０１にスライド可能に接続され、第１コイル９０５と第１磁石９０６は第１上ケース９０２と第１ベース９０１との間に設置され、第１コイル９０５はいずれも交流電源１３に電気的に接続され、第１負荷棒９０４は第１力検出装置９０３によって第１上ケース９０２に接続され、かつ第１力負荷棒はケーシング３に固定接続され、軸方向力負荷装置１０は第２ベース、第２上ケース、第２力検出装置、第２負荷棒、第２コイル及び第２磁石を含み、第２ベースは底板１に固定接続され、第２上ケースは第２ベースの上方に設置され、第２上ケースは第２ベースにスライド可能に接続され、第２コイルと第２磁石は第２上ケースと第２ベースとの間に設置され、第２コイルはいずれも交流電源１３に電気的に接続され、第２負荷棒は第２力検出装置によって第２上ケースに接続され、かつ第２力負荷棒は中間力伝達機構に固定接続される。

具体的な使用過程において、交流電源により異なる周波数、波形の電流を与え、それにより第１上ケース９０２及び第２上ケースは一定の周波数、波形の力を出力する。本発明が提供する電動スピンドルの３次元力負荷装置１００は実際の動作状況の要件に応じて、軸方向力、径方向力の印加数値、周波数を選択でき、軸方向力と径方向力を結合して制御してもよく、別々に制御してもよい。同時にトルク負荷を実現し、実際の電動スピンドル４の動作状況と同様であり、主軸モータのテスト難度を低下させ、電動スピンドル４のモータのテスト能力を高める。

なお、第１コイル９０５、第１磁石９０６、第２コイル及び第２磁石の数量はいずれも一つでも複数でもよく、具体的な数量は必要な電磁力の大きさによって決定される。第１コイル９０５、第１磁石９０６、第２コイル及び第２磁石が一つ又は複数であることを論ずることなく、第１コイル９０５と第１磁石９０６の位置は対向し、第２コイルと第２磁石の位置は対向する。設置された第１コイル９０５、第１磁石９０６、第２コイル及び第２磁石の数量がいずれも複数である場合、複数の第１コイル９０５は第１ベース９０１の長手方向に沿って設置され、複数の第１磁石９０６は第１上ケース９０２の長手方向に沿って設置され、複数の第２コイルは第２ベースの長手方向に沿って設置され、複数の第２磁石は第２上ケースの長手方向に沿って設置される。

本実施例において、具体的には、第１力検出装置９０３と第２検出装置はいずれも力センサである。

本実施例において、電動スピンドルの３次元力負荷装置１００は第１ガス供給装置と第２ガス供給装置をさらに含み、第１ガス供給装置は第１ベース９０１と第１上ケース９０２との間にガスを供給して、第１上ケース９０２を第１ベース９０１の上方に浮遊させるために用いられ、第２ガス供給装置は第２ベースと第２上ケースとの間にガスを供給して、第２上ケースを第２ベースの上方に浮遊させるために用いられる。このように設置すると、第１ベース９０１と第１上ケース９０２との間及び第２ベースと第２上ケースとの間の摩擦力を効果的に低減させることができる。第１ガス供給装置と第２ガス供給装置は具体的にはエアポンプを選択できる。

本実施例において、図７に示すように、中間力伝達機構は回転棒１１と支持棒１２を含み、支持棒１２は底板１に設置され、回転棒１１は支持棒１２に回転可能に接続され、回転棒１１の一端はケーシング３に固定接続され、回転棒１１の他端は軸方向力負荷装置１０に固定接続される。具体的な使用過程において、第１上ケース９０２と第１ベース９０１、第２上ケースと第２ベースとの間に相対変位がなく、中間力伝達機構は力の伝達のみを完了する。

さらに、本実施例において、具体的には、回転棒１１と軸方向力負荷装置１０は始終垂直であり、かつ回転棒１１の一端は軸方向力負荷装置１０の負荷棒に固定接続される。このように、軸方向力負荷装置１０が発生した軸方向負荷力は負荷棒を介して回転棒１１に伝達され、回転棒１１を介してケーシング３に伝達され、最終的にケーシング３によって電動スピンドル４に印加される。

本明細書では具体的な例を用いて本発明の原理及び実施形態を説明したが、以上の実施例の説明は本発明の方法及びその中核思想の理解を助けるためにのみ用いられ、同時に、当業者であれば、本発明の思想に基づき、具体的な実施形態及び応用範囲にいずれも変更がある。要約すると、本明細書の内容は本発明に対する制限と理解すべきではない。

１００ 電動スピンドルの３次元力負荷装置
１ 底板
２ 動力計、
２０１ 出力軸
３ ケーシング
４ 電動スピンドル
４０１ 主軸接続棒
５ 第１フランジ
６ 第２フランジ
７ 可撓性接続テープ
８ 軸受
９ 径方向力負荷装置
９０１ 第１ベース
９０２ 第１上ケース
９０３ 第１力検出装置
９０４ 第１負荷棒
９０５ 第１コイル
９０６ 第１磁石
１０ 軸方向力負荷装置
１１ 回転棒
１２ 支持棒
１３ 交流電源

Claims (8)

1. 電動スピンドルの３次元力負荷装置であって、
   底板と、
   前記電動スピンドルといずれも前記底板に設置され、かつ前記電動スピンドルに伝動接続され、前記電動スピンドルのトルク性能をテストするために用いられるトルク負荷装置と、
   前記電動スピンドルに回転可能に嵌設され、かつ前記電動スピンドルの軸線方向に沿って位置固定されるケーシングと、
   前記底板に設置され、前記電動スピンドルの軸線方向に垂直な径方向負荷力を供給するために用いられ、かつ前記ケーシングに固定接続される前記電動スピンドルの径方向力性能をテストするために用いられる径方向力負荷装置と、
   前記底板に設置され、前記電動スピンドルの軸線方向に沿う軸方向負荷力を供給し、電動スピンドルの軸方向力性能をテストするために用いられる軸方向力負荷装置と、
   前記ケーシング及び前記軸方向力負荷装置の両方に接続され、前記軸方向力負荷装置から供給される軸方向負荷力を前記ケーシングに伝達する中間力伝達構造と、を含み、
   前記電動スピンドル及び前記トルク負荷装置にそれぞれ第１フランジ及び第２フランジが設置され、前記第１フランジ及び前記第２フランジはそれぞれ可撓性接続テープを貫通させるための第１貫通孔及び第２貫通孔を有し、前記可撓性接続テープが前記第１貫通孔と前記第２貫通孔を貫通することで、前記第１フランジと前記第２フランジとを接続し、前記トルク負荷装置と前記電動スピンドルとの伝動接続を実現することを特徴とする電動スピンドルの３次元力負荷装置。
   
   
   
2. 前記トルク負荷装置は動力計であることを特徴とする請求項１に記載の電動スピンドルの３次元力負荷装置。
3. 軸受をさらに含み、前記ケーシングは前記軸受によって前記電動スピンドルの主軸接続棒に回転可能に嵌設され、かつ前記軸受は前記ケーシングを前記電動スピンドルの軸線方向位置に沿って位置固定させることができることを特徴とする請求項１に記載の電動スピンドルの３次元力負荷装置。
4. 前記軸受は深溝玉軸受又はアンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項３に記載の電動スピンドルの３次元力負荷装置。
5. 交流電源を含み、前記径方向力負荷装置は径方向電磁力負荷装置であり、前記軸方向力負荷装置は軸方向電磁力負荷装置であり、前記径方向電磁力負荷装置は前記交流電源に電気的に接続され、前記電動スピンドルの軸線方向に垂直な径方向電磁力を供給し、前記軸方向力負荷装置は前記交流電源に電気的に接続され、前記電動スピンドルの軸線方向に沿う軸方向電磁力を供給することを特徴とする請求項１に記載の電動スピンドルの３次元力負荷装置。
6. 前記軸方向力負荷装置は第１ベース、第１上ケース、第１力検出装置、第１負荷棒、第１コイル及び第１磁石を含み、前記第１ベースは前記底板に固定接続され、前記第１上ケースは前記第１ベースの上方に設置され、前記第１上ケースは前記第１ベースにスライド可能に接続され、前記第１コイルと前記第１磁石は前記第１上ケースと前記第１ベースとの間に設置され、前記第１コイルはいずれも前記交流電源に電気的に接続され、前記第１負荷棒は前記第１力検出装置によって前記第１上ケースに接続され、かつ前記第１負荷棒は前記ケーシングに固定接続され、前記軸方向力負荷装置は第２ベース、第２上ケース、第２力検出装置、第２負荷棒、第２コイル及び第２磁石を含み、前記第２ベースは前記底板に固定接続され、前記第２上ケースは前記第２ベースの上方に設置され、前記第２上ケースは前記第２ベースにスライド可能に接続され、前記第２コイルと前記第２磁石は前記第２上ケースと前記第２ベースとの間に設置され、前記第２コイルはいずれも前記交流電源に電気的に接続され、前記第２負荷棒は前記第２力検出装置によって前記第２上ケースに接続され、かつ前記第２負荷棒は前記中間力伝達構造に固定接続されることを特徴とする請求項５に記載の電動スピンドルの３次元力負荷装置。
7. 第１ガス供給装置と第２ガス供給装置をさらに含み、前記第１ガス供給装置は前記第１ベースと前記第１上ケースとの間にガスを供給して、前記第１上ケースを前記第１ベースの上方に浮遊させるために用いられ、前記第２ガス供給装置は前記第２ベースと前記第２上ケースとの間にガスを供給して、前記第２上ケースを前記第２ベースの上方に浮遊させるために用いられること特徴とする請求項６に記載の電動スピンドルの３次元力負荷装置。
8. 前記中間力伝達構造は回転棒と支持棒を含み、前記支持棒は前記底板に設置され、前記回転棒は前記支持棒に回転可能に接続され、前記回転棒の一端は前記ケーシングに固定接続され、前記回転棒の他端は前記軸方向力負荷装置に固定接続されることを特徴とする請求項１に記載の電動スピンドルの３次元力負荷装置。
   
   

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