一种基于不平衡力辨识高速主轴转子系统动刚度的装置的制作方法

本发明涉及主轴动刚度测试技术领域，具体涉及一种基于不平衡力辨识高速主轴转子系统动刚度的装置。

背景技术：

高速电主轴是现代数控机床加工工件的执行功能部件，主轴动刚度是能够最为直接的反应主轴转子系统在进行加工的时候抵抗变形的能力。客户可以依据主轴在加工转速下抵抗动态激扰的能力来评估主轴的加工能力，从而调整加工参数，在保护主轴的同时，有效提高主轴加工效率。

主轴动刚度测试主要困难是主轴的动态加载，目前的测试方式有接触式加载测试方式和非接触式加载测试方式。接触式加载主要有挂重物式加载、皮带接触式加载等，这种加载方式不但会造成摩擦磨损，而且由于载荷计算不准确，很容易会造成动刚度计算不准确；非接触式加载方式主要是采用电磁式加载和液体悬浮加载方式，这两种方式避免了接触造成的摩擦磨损，但是其本身结构复杂，而且通常对测试对象也有限制，不适用于大批次的主轴动刚度测试。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供了一种基于不平衡力辨识高速主轴转子系统动刚度的装置，能够有效的解决主轴动态加载和动态变形量拾取问题，完成主轴X-Y两个方向的动刚度测试。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种基于不平衡力辨识高速主轴转子系统动刚度的装置，包括主轴减震试验台2，主轴减震试验台2下方连接有簧式减震隔振装置1，主轴减震试验台2上方连接有主轴夹持装置3，主轴夹持装置3夹持的主轴转子8的伸出端通过过盈配合的方式套装有集中力模拟激励装置7，集中力模拟激励装置7的外侧沿X方向和Y方向设置有电涡流位移传感器5，电涡流位移传感器5的信号输出依次通过信号调理模块6、采集卡9和中控单元10连接。

所述的集中力模拟激励装置7包括配重装置7-1，配重装置7-1设有沿周向分布于X-Y平面上的配重孔7-2，配重孔7-2实现不同质量的配重，从而模拟不同大小的激励力来进行测试。

所述的中控单元10包括主轴变频控制系统10-1、信号采集处理软件10-2以及主轴润滑冷却控制系统10-3，信号采集处理软件10-2的输入和采集卡9的信号输出连接，信号采集处理软件10-2的第一控制输出和主轴变频控制系统10-1的控制输入连接，信号采集处理软件10-2的第二控制输出和主轴润滑冷却控制系统10-3的控制输入连接。

一种基于不平衡力辨识高速主轴转子系统动刚度的装置的测试方法，包括以下步骤：

1)将被测试主轴安装在主轴减震试验台2上，将集中力模拟激励装置7套装在主轴转子8伸出端上；

2)集中力模拟激励装置7的外侧安装互相垂直的两个电涡流位移传感器5，分别调整两个电涡流位移传感器5与集中力模拟激励装置7的距离至传感器测试范围内；

3)开启被测试主轴在设定转速下运转，对带有集中力模拟激励装置7的主轴转子8进行动平衡，平衡结束后，采集初始振动信号均值S₁作为误差分离数据源，然后停机选取一个配重孔7-2加上已知质量m的配重来对激励力进行模拟，由于质量已知m，力的半径已知r，转速已知ω，所以模拟的激励力能够计算出来，此时，开机采集同样转速下ω受到已知定量力激励的主轴振动信号均值S₂；

4)利用信号采集处理软件10-2对信号进行处理并完成动刚度计算；根据施加质量、施加质量的半径及转速计算得到施加于主轴转子8轴线的力为F＝mrω²，采用信号处理的方法从受已知定量力激励的主轴振动信号均值S₂当中分离出未加定量力激励的初始振动信号均值S₁，那么转速ω下的动刚度为：

通过测试不同转速下的动刚度绘制出与转速相关的动刚度曲线。

本发明的有益效果为：通过配重装置7-1上的配重孔7-2，可以实现不同质量的配重，从而模拟不同大小的激励力来进行测试，本发明能够有效的解决主轴动态加载和动态变形量拾取问题，完成主轴X-Y两个方向的动刚度测试。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为集中力模拟激励装置7的示意图。

图3为中控单元10的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的阐述。

参照图1，一种基于不平衡力辨识高速主轴转子系统动刚度的装置，包括主轴减震试验台2，主轴减震试验台2下方连接有簧式减震隔振装置1，簧式减震隔振装置1可以有效隔离来自测试现场其他方面的振动，减小干扰，从而实现对主轴变形量的准确拾取；主轴减震试验台2上方连接有主轴夹持装置3，主轴夹持装置3夹持的主轴转子8的伸出端通过过盈配合的方式套装有集中力模拟激励装置7，过盈量设计为3μm，采用压入法套装，实现了集中力模拟激励装置7与主轴转子8的刚性连接，在特定转速下实现定量离心力的直接施加，而且设计过盈量较小，保证了拆装方便；集中力模拟激励装置7的外侧沿X方向和Y方向设置有电涡流位移传感器5，电涡流位移传感器5的信号输出依次通过信号调理模块6、采集卡9和中控单元10连接，可以实现X-Y两个方向的动刚度测试，从而完成主轴抵抗X-Y两个方向动态激扰力的能力。

参照图2，集中力模拟激励装置7包括配重装置7-1，配重装置7-1设有沿周向三层分布于X-Y平面上的配重孔7-2，最外层配重孔7-2为均匀分布的20个M10的螺纹孔，中间层配重孔7-2为均匀分布的12个M8的螺纹孔，最内层配重孔7-2为均匀分布的8个M6的螺纹孔，配重孔7-2可以实现不同质量的配重，从而模拟不同大小的激励力来进行测试。

参照图3，所述的中控单元10包括主轴变频控制系统10-1、信号采集处理软件10-2以及主轴润滑冷却控制系统10-3，信号采集处理软件10-2的输入和采集卡9的信号输出连接，信号采集处理软件10-2的第一控制输出和主轴变频控制系统10-1的控制输入连接，信号采集处理软件10-2的第二控制输出和主轴润滑冷却控制系统10-3的控制输入连接。

一种基于不平衡力辨识高速主轴转子系统动刚度的装置的测试方法，包括以下步骤：

1)将被测试主轴安装在主轴减震试验台2上，将集中力模拟激励装置7套装在主轴转子8伸出端上；

2)集中力模拟激励装置7的外侧采用X-Y标准支架安装互相垂直的两个电涡流位移传感器5，分别调整两个电涡流位移传感器5与集中力模拟激励装置7的距离至传感器测试范围内；

3)开启被测试主轴在设定转速下运转，采用影响系数法对带有集中力模拟激励装置7的主轴转子8进行动平衡，平衡结束后，采集初始振动信号均值S₁作为误差分离数据源，然后停机选取一个配重孔7-2加上已知质量m的配重来对激励力进行模拟，由于质量已知m，力的半径已知r，转速已知ω，所以模拟的激励力能够计算出来，此时，开机采集同样转速下ω受到已知定量力激励的主轴振动信号均值S₂；

4)利用信号采集处理软件10-2对信号进行处理并完成动刚度计算；根据施加质量、施加质量的半径及转速计算得到施加于主轴转子8轴线的力为F＝mrω²，采用信号处理的方法从受已知定量力激励的主轴振动信号均值S₂当中分离出未加定量力激励的初始振动信号均值S₁，那么转速ω下的动刚度为：

通过测试不同转速下的动刚度绘制出与转速相关的动刚度曲线。