一种电主轴模拟工况加载试验装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种电主轴模拟工况加载试验装置，包括工业PC，与工业PC相连的驱动装置，与驱动装置相连接的电主轴和加载驱动机构，测试棒安装于电主轴上，电主轴下方安装有加载驱动机构，加载驱动机构安装于试验台底座上，冷却水循环装置和油气润滑装置分别与电主轴相连。本发明借助安装于测试棒端部的模拟加载齿轮完成径向和轴向力、力矩、振动、切削热等的加载，通过更换不同类型的齿轮、调整啮合齿轮的变位系数等来变换加载，通过预置的加载程序驱动加载驱动机构沿电主轴轴向和径向连续运动，从而自动改变加载齿轮的啮合状况完成模拟实际工况的自动连续加载，自动化程度高，更接近实际切削工况，试验数据更真实。
【专利说明】
一种电主轴模拟工况加载试验装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种电主轴模拟工况加载试验装置，特别涉及一种对数控机床用高速电主轴在出厂前及维修后进行模拟工况加载试验的装置。
【背景技术】
[0002]电主轴是高速加工机床的核心部件之一，也是近年来在数控机床领域出现的将电机与旋转主轴融为一体的高性能主轴，具有结构紧凑、重量轻、惯性小、振动小、噪声低、响应快等优点，随着数控加工技术从传统的低转速、低进给、大扭矩切削加工向高转速、高进给切削方向发展，电主轴广泛用作数控机床的高速主轴单元。但电主轴是一个复杂的动态系统，主要包括电主轴、主轴驱动系统、高频变频装置、冷却装置、供气装置、动平衡装置、内置编码器、换刀装置等。
目前，我国电主轴的研究、应用、维修水平和国外尚有较大差距，高转速、高精度电主轴主要还是依赖德国、瑞士等国家进口，由于国外厂家对电主轴核心技术的封锁，对国外电主轴缺乏核心技术资料，以及在使用、维修保养方面的不足，导致电主轴的维修和检测全部依赖电主轴厂家，电主轴维修与检测周期长、费用高。
与此同时，由于转速高，系统的动态特性尤其是热力特性成为影响和制约电主轴寿命和工作可靠性的重要因素。且随着我国电主轴的品种及生产厂家逐步扩大，用户对电主轴的性能要求越来越严格，迫切需要生产厂家提供详细可靠的热力特性等一系列参数。
【发明内容】
[0003]本发明针对当前电主轴产品出厂检测、应用和维修方面的不足，提出一种实现简单、能模拟工作实际复杂工况的加载试验装置，自动完成复杂工况下电主轴热力特性的加载试验。
[0004]实现上述目的的技术方案是:一种电主轴模拟工况加载试验装置，包括工业PC，与工业PC相连的驱动装置，与驱动装置相连接的电主轴和加载驱动机构，测试棒安装于电主轴上，电主轴下方安装有加载驱动机构，加载驱动机构安装于试验台底座上，冷却水循环装置和油气润滑装置分别与电主轴相连；
所述测试棒一侧设置有检测传感器安装架，电涡流位移传感器沿测试棒轴向安装于检测传感器安装架上，测试棒端部安装有模拟加载齿轮I，模拟加载齿轮I外侧设有检测环和半球状检测凸点，检测环外侧设置有阻抗头，检测凸点对面安装有电涡流位移传感器；
所述模拟加载齿轮I与模拟加载齿轮II相啮合，模拟加载齿轮II经力/扭矩测试器和连接器与交流高速测功机相连接，模拟加载齿轮I与模拟加载齿轮II的啮合和变位状态通过加载驱动机构调整；
所述加载驱动机构为沿电主轴轴向和径向自动进给的二维驱动装置，电主轴前端和周向外侧布置有红外测温仪。
[0005]本发明借助安装于测试棒的模拟加载齿轮I与模拟加载齿轮II相啮合完成径向和轴向力、力矩、振动、切削热等的加载，通过更换不同类型的齿轮、调整啮合齿轮的变位系数等来变换加载，更接近实际切削工况，试验数据更真实。
[0006]本发明借助布置在测试棒端部的阻抗头完成振动测试，借助调节冷却水循环装置的流量完成对电主轴冷却水流量的调节，借助对油气润滑装置供油量和压缩空气压力大小的调节完成对电主轴油-汽润滑工作状态的调节，通过将更换不同品质的油完成对润滑油粘度调节，借助布置在测试棒周围的5个电涡流位移传感器完成电主轴热变形的测量，测点更多，更能准确的反应电主轴的热变形，借助布置在电主轴四周的5个红外测温仪完成电主轴温度场的分布测量，所测温度场更逼近真实温度场。
[0007]本电主轴模拟工况加载试验装置加载试验时，通过预置的加载程序驱动加载驱动机构沿电主轴轴向和径向连续运动，自动改变模拟加载齿轮I与模拟加载齿轮II的啮合状况，实现径向和轴向切削力、力矩、振动、切削热等模拟实际工况的自动连续加载，自动化程度高。
[0008]本电主轴模拟工况加载试验装置工作时，工业PC发出测试指令，驱动装置接收测试指令驱动交流高速测功机、电主轴和加载驱动机构按照指定的状态运转，电主轴尾端的光电编码器完成电主轴和交流高速测功机的速度测量，同时冷却水循环装置启动冷却工作，空压机工作为油气润滑装置和电主轴提供工作压力，油气润滑装置启动开始电主轴润滑工作，红外测温仪完成电主轴温度场温度检测并将检测数据传送给屏蔽接线盒完成信号过滤，经数据采集卡读取后传送给工业PC处理，与此同时电涡流位移传感器和阻抗头完成电主轴热位移和振动信号检测，经电荷放大和信号调理后送往工业PC进行分析处理。
[0009]本电主轴模拟工况加载试验装置设备结构简单、易实现、适应性强，工作时，可根据测试试验需要打开或关闭某些装置分别完成空载和负载试验，同时亦可与其它装置如激振器配合使用完成电主轴其它一些动态特性的测试试验。
【附图说明】
[0010]图1是电主轴模拟工况加载试验装置的布局图。
[0011 ]图2是红外测温仪布置图，图3是阻抗头和位移传感器布置图。
[0012]图中:工业PC(I)，驱动装置(2)，交流高速测功机(3)，电主轴(4)，测试棒(5)，模拟加载齿轮1(6)，冷却水循环装置(7)，油气润滑装置(8)，加载驱动机构(9)，红外测温仪(10)，模拟加载齿轮11(11)，电涡流位移传感器(12)，屏蔽接线盒(13)，数据采集卡(14)，信号调理器(15)，电荷放大器(16)，阻抗头(17)，检测传感器安装架(18)。
【具体实施方式】
[0013]下面结合附图对本发明做进一步说明。
[0014]如图1、图2和图3所示，一种电主轴模拟工况加载试验装置，包括工业PC(I)，与工业PC(I)相连的驱动装置(2)，与驱动装置(2)相连接的电主轴(4)和加载驱动机构(9)，测试棒(5)安装于电主轴(4)上，电主轴(4)下方安装有加载驱动机构(9)，加载驱动机构(9)安装于试验台底座上，冷却水循环装置(7)和油气润滑装置(8)分别与电主轴(4)相连；
所述测试棒(5)—侧设置有检测传感器安装架(18)，电涡流位移传感器(12)沿测试棒
(5)轴向安装于检测传感器安装架(18)上，测试棒(5)端部安装有模拟加载齿轮1(6)，模拟加载齿轮1(6)外侧设有检测环和半球状检测凸点，检测环外侧设置有阻抗头(17)，检测凸点对面安装有I个电涡流位移传感器(12 )，其余4个电涡流位移传感器沿测试棒轴向呈两排布置，阻抗头和电涡流位移传感器输出端依次与电荷放大器(16)、信号调理器(15)、数据采集卡(14)和工业PC (I)相连接；
所述模拟加载齿轮I (6)与模拟加载齿轮II (11)相啮合，模拟加载齿轮11经力/扭矩测试器和连接器与交流高速测功机(3)相连接；
所述加载驱动机构(9)为沿电主轴(4)轴向和径向自动进给的二维驱动装置，电主轴
(4)前端和周向外侧布置有5个红外测温仪(10)，红外测温仪与屏蔽接线盒(13)、数据采集卡(14)和工业PC(I)依次相连接。
[0015]在本实施实例中:在模拟工况加载试验时，工业PC(I)发出测试指令，驱动装置(2)接收测试指令驱动交流高速测功机(3)、电主轴(4)和加载驱动机构(9)按照指定的状态运转，电主轴(4)尾端的光电编码器完成电主轴(4)和交流高速测功机(3)的速度测量，同时冷却水循环装置(7)启动冷却工作，空压机工作为油气润滑装置(8)和电主轴(4)提供工作压力，油气润滑装置(8)启动开始润滑工作，红外测温仪完成电主轴(4)温度场温度检测并将检测数据传送给屏蔽接线盒(13)完成信号过滤，经数据采集卡(14)读取后传送给工业PC
(I)处理，与此同时电涡流位移传感器(12)和阻抗头(17)完成电主轴(4)热位移和振动信号检测，经电荷放大器(16)放大和信号调理器(15)调理后送往工业PC(I)进行分析处理。
[0016]在本实施实例中:在空载测试时，测试前将模拟加载齿轮I(6)与模拟加载齿轮II
(II)拆卸掉，从而可完成空载测试试验。
【主权项】
1.一种电主轴模拟工况加载试验装置，其特征在于，它包括:工业PC(I)，与工业PC(I)相连的驱动装置(2)，与驱动装置(2)相连接的电主轴(4)和加载驱动机构(9)，测试棒(5)安装于电主轴(4)上，电主轴(4)下方安装有加载驱动机构(9)，加载驱动机构(9)安装于试验台底座上，冷却水循环装置(7)和油气润滑装置(8)分别与电主轴(4)相连； 所述测试棒(5) —侧设置有检测传感器安装架(18)，电涡流位移传感器(12)沿测试棒(5)轴向安装于检测传感器安装架(18)上，测试棒(5)端部安装有模拟加载齿轮1(6)，模拟加载齿轮1(6)外侧设有检测环和半球状检测凸点，检测环外侧设置有阻抗头(17)，检测凸点对面安装有电涡流位移传感器(12); 所述模拟加载齿轮1(6)与模拟加载齿轮II(Il)相啮合，模拟加载齿轮II经力/扭矩测试器和连接器与交流高速测功机(3)相连接； 所述加载驱动机构(9)为沿电主轴(4)轴向和径向自动进给的二维驱动装置，电主轴(4)前端和周向外侧布置有红外测温仪(10)。
【文档编号】G01M99/00GK105928721SQ201610217868
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月2日
【发明人】郑德星, 陈蔚芳, 王振宗
【申请人】盐城工学院