高速电主轴综合实验平台与实验方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及检测设备技术领域，尤其是一种高速电主轴综合试验平台与试验方法。
【背景技术】
[0002]以高速电主轴为核心的高速机床已广泛用于加工制造业，大大提高了数控机床的加工速度和精度。为保证高速数控机床加工精度和可靠性，需要完成高速电主轴负载时的性能分析试验，以研究、改进高速电主轴结构设计，优化相关设计参数；现在有不少电主轴厂家和高校都在研究电主轴的可靠性问题，大多数都是运用静态加载或者是采用空载运转试验，这些并不能模拟电主轴在实际切削过程中的工作状况。在实际的切削过程中，铣刀受到切削力，在理论上主要分为轴向力和径向力。CN102426097A公布了一种高速电主轴动态加载装置，采用压力传感器、扭矩传感器、转速传感器测量电主轴的动态特征；CN102109416B公布了一种高速电主轴非接触电磁加载装置，采用电磁加载的方式施加径向力和扭矩；CN101975659B公布了一种用于电主轴轴承的高速动态模拟试验方法，试验过程能够对实验轴承施加轴向力和径向力，并采集储存轴承的转速、轴向和径向载荷、轴承振动、温度等。
[0003]以上几个专利可以看出，目前高速电主轴试验平台存在的不足有:(1)目前的高速电主轴试验平台存在只测试轴承性能或电主轴转矩、轴向和径向载荷等少数几个参数，不能够全面反映电主轴的综合性能；(2)传统主轴加载只能通过测功机实现扭矩加载，并且测试的主要参数为扭矩、加载力；(3)非接触式加载方案一般采用电磁试验系统加载，电磁系统的稳定性、加载力一般达不到预定的要求，并且存在磁场干涉；(4)缺少对电主轴整体的试验方法的研究。
【发明内容】
[0004]针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种高速电主轴综合实验平台与实验方法，解决了现有高速电主轴检测仅在空载下进行测试，难以模拟复杂受理状态下的电主轴工作状态，不能检测电主轴振动、发热等问题。
[0005]本发明的技术方案是，一种高速电主轴综合试验平台，包括底板，底板上依次固定有滑移机构和移动导轨，移动导轨上滑动装有可更换电主轴的装夹结构，滑移机构通过旋转轴控制可更换电主轴的装夹结构的前后运动，所述底板上还固定有轴向力加载机构、径向力加载机构和制动器，高速电主轴上安装有振动传感器和温度传感器，轴向力加载机构和径向力加载机构通过轴承加载单元对高速电主轴加载，所述转矩转速传感器经轴承加载单元与高速电主轴同轴连接，所述制动器通过转矩转速传感器与高速电主轴同轴连接。
[0006]所述滑移机构包括固定在底板上的滑移轴承座，滑移轴承座上通过滑移轴承端盖固定有滑移双向推力轴承，滑移双向推力轴承内穿设有旋转轴，旋转轴和可更换电主轴的装夹结构经螺纹连接。
[0007]所述可更换电主轴的装夹结构包括滑动设置在移动导轨上的夹具，夹具内安装有配模，配模内安装有高速电主轴。
[0008]所述的轴向加载机构包括固定在底板上的支架和设置在支架上的轴向加载单元，支架内横向滑动设有滑块，滑块滑动方向的一侧设有杠杆，所述轴向加载单元可经转动推动杠杆旋转，杠杆另一端将力传递给轴承加载单元，所述杠杆为一矩形框，矩形框的上下两端之间的中间部分经转轴固定在支架上。
[0009]所述轴承加载单元包括壳体、加载棒、左侧固定螺母和右侧固定螺母，壳体内装有加载轴承座，加载轴承座开有圆周水槽，加载轴承座内设有右侧角接触球轴承和左侧角接触球轴承，加载棒穿设在两角接触球轴承内，右侧角接触球轴承和左侧角接触球轴承之间经隔垫隔开且背靠背安装，两角接触球轴承外分别经左轴承端盖和右轴承端盖将其固定在加载轴承座内，左轴承端盖和右轴承端盖的外侧分别设有左密封盖和右密封盖，左侧固定螺母和右侧固定螺母分别压紧左侧角接触球轴承和右侧角接触球轴承的内圈，并与其相对应的左密封盖和右密封盖对角接触球轴承形成迷宫密封，其中右密封盖上带有两个用于进出循环冷水的铜嘴。
[0010]所述径向力加载机构包括转动固定的加载轴和置于加载轴上方的托盘，托盘下方的加载轴上经右螺旋连接有左顶块、经右螺旋连接有右顶块，左顶块和右顶块分别与托盘经斜锲面接触，托盘上固定有拉压力传感器，拉压力传感器上端竖向固定有压电陶瓷驱动器，压电陶瓷驱动器的上端固定有上盖，上盖上固定有定位柱，压电陶瓷驱动器的球头经上盖伸出到其上方。
[0011]通过ER20夹心将高速电主轴与加载棒连接，ER20夹心与高速电主轴的主轴孔采用锥度配合，高速电主轴的主轴旋转时带动加载棒旋转，加载棒通过弹性联轴器与转矩转速传感器连接，转矩转速传感器通过联轴器与制动器连接，制动器安装在制动器夹具座上。
[0012]高速电主轴综合试验方法，逆时针转动旋转轴，将可更换电主轴的装夹结构向左移动，让出高速电主轴的安装位置，将高速电主轴安装到夹具之上，并将振动传感器和温度传感器安放在电主轴轴承位外表面，顺时针转动旋转轴，将可更换电主轴的装夹结构向右移动，将加载棒与高速电主轴连接，将高速电主轴尾部的进水接口和出水接口分别于冷却循环水站的进水管和出水管接通，调整加载棒与转矩转速传感器的同轴度，先进行粗调后进行微调，将同轴度的误差数值控制在0.0lmm以内，打开工控机开关，进入系统操作界面之后，首先打开高速电主轴、制动器和轴承加载单元的水冷却系统，打开变频器，调整变频器输出频率，让高速电主轴以试验速度空转五分钟左右，进行跑合预热；待从转矩转速传感器采集的数据稳定后，按照模拟试验要求加载轴向力、径向力、扭矩和压电陶瓷驱动器频率的大小，旋转径向方向加载扳手和轴向方向加载扳手进行加载，并通过在工控机界面上调节制动器的参数来调节加载扭矩的大小，振动传感器和温度传感器将数据传输回工控机，整个试验过程显示器上实时显示电主轴转速、轴向载荷、径向载荷、扭矩大小、电主轴温度、振动、功耗电流、电主轴试验时间等参数，并自动保存；对于试验时出现异常情况，试验平台根据的监控程序能够自动发出报警并自动停机，停机后应检查异常，重做试验，异常试验不作为试验结果。
[0013]本发明所提供的高速电主轴综合试验平台与试验方法具有以下优点及功效:
1、本发明能够加载轴向力、径向力、扭矩，较为真实的模拟高速电主轴的实际工况。
[0014]2、本发明试验过程的试验转速、轴向力、径向力、扭矩、电主轴温度、振动、功耗电流、电主轴试验时间等均自动记录保存，为科学试验分析提供数据依据。
[0015]3、本发明的试验平台通用性好，可更换电主轴的装夹结构根据不同电主轴可适配不同配模，并具有移动导轨，便于装夹测试电主轴。
[0016]4、本发明的试验方法由监控程序进行记录与检测，试验出现异常能够报警并自动停机。
【附图说明】
[0017]图1是本发明试验平台的二维结构图。
[0018]图2是本发明试验平台的侧视剖面图。
[0019]图3是本发明试验平台的整体轴测图。
[0020]图4是本发明试验平台的滑移机构示意图。
[0021]图5是本发明试验平台的可更换电主轴的装夹机构示意图。
[0022]图6是本发明试验平台的轴向力加载机构示意图。
[0023]图7是本发明试验平台的轴承加载单元剖面图。
[0024]图8为本发明试验平台的轴承加载单元立体分解图。
[0025]图9是本发明试验平台的径向力加载机构示意图；
上述图中:1_底板；2_滑移机构；3_移动导轨；4_可更换电主轴的装夹结构；5-振动传感器；6_温度传感器；7_轴向力加载机构；8_轴承加载单元；9_径向力加载机构；10_弹性联轴器；11_转矩转速传感器；12_转矩转速传感器夹具座；13_制动器；14_制动器夹具座；201-GB70螺钉；202_垫片；203_手轮；204_前密封圈；205_滑移轴承端盖；206_固定螺母；207_紧定螺丝；2