高速电主轴加载及换刀试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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。
[0004]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，米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】
[0005]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。
[0006]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；
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]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。
[0017]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。
[0018]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。
[0019]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。
[0020]本实用新型的有益效果为:
[0021]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；
[0022]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；
[0023]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；
[0024]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；
[0025]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】
[0026]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；
[0027]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；
[0028]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；
[0029]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；
[0030]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；
[0031]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；
[0032]图7为本实用新型的高速