一种主轴载荷工况模拟装置的制作方法

本发明涉及主轴研发，具体涉及一种主轴载荷工况模拟装置。

背景技术：

1、精密数控机床是实现高速加工的前提和基本条件，制约数控机床精度提高的最主要因素之一就是主轴系统，主轴系统是机床的核心部件系统，其性能在很大程度上决定了整台机床所能达到的切削速度和加工精度，同时也是机床的主要热源，分析规则梯度热源所形成的主轴系统热结构模型，根据主轴系统的边界条件和多部件物理参数，建立主轴系统温度场稳态和非稳态模型，从而进行主轴的设计与改进。

2、在主轴进行试验时，通常会将主轴安装在模拟装置上，进行主轴的载荷工况模拟试验，由于在一些零件的加工过程中，零件有时会安装在主轴上，随着零件的切削，其零件自身的重量将会发生变化，这样对主轴进行试验时，若采用砂轮等固定重量的载荷，需要改变主轴载荷重量时，可能需要频繁停机进行更改，而若采用将加工零件安装在主轴上进行模拟切削加工，所需的用于移动、安装零件的配套设备机构较多，试验前的准备安装工作较为复杂，且零件切削时，会产生较多碎屑，需要频繁清理碎屑。

技术实现思路

1、为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供一种主轴载荷工况模拟装置，通过支撑筒内侧面滑动连接有滑动板，可通过升降机构使支撑筒向上移动，从而使支撑筒通过支撑弹簧对滑动板提供支撑力，滑动板可通过定位机构对砂轮提供一定支撑力，从而降低轴体的负荷，尽可能模拟零件切削加工时轴体的负荷变化，不需要的较多安装零件的配套设备，结构相对简单，有利于减少试验的准备与后续处理过程，便于快速试验。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种主轴载荷工况模拟装置，包括壳体，所述壳体顶部设置有安装机构，所述安装机构内设置有三个定位筒，所述定位筒内部转动设置有轴体，所述壳体内部一侧固定连接有用于带动轴体转动的驱动模块，所述壳体内部另一侧设置有调节模块，所述调节模块包括支撑筒，所述支撑筒侧部设置有升降机构，所述支撑筒内侧面滑动连接有滑动板，所述滑动板底面固定连接有与支撑筒内底面固定连接的若干支撑弹簧，所述滑动板顶面设置有定位机构，所述定位机构内部设置有砂轮，且砂轮内侧面对应相邻轴体固定连接有插接环。

4、可通过驱动模块带动对应的轴体在定位筒内转动，并通过砂轮作为轴体的运转载荷，在需要降低轴体的负荷时，可通过升降机构使支撑筒向上移动，从而使支撑筒通过支撑弹簧对滑动板提供支撑力，滑动板可通过定位机构对砂轮提供一定支撑力，从而逐渐降低轴体的负荷，尽可能模拟零件切削加工时轴体的负荷变化，不需要停机增减负荷，且不需要的较多安装零件的配套设备，结构相对简单，试验过程不会产生大量碎屑，有利于减少试验的准备与后续处理过程，便于快速试验，轴体转动时，可通过相应的温度传感器等设备对轴体的温度进行监测，整理关于轴体温度随时间变化的数据，结合传热学、热模态、接触力学、流体力学、动力学等基础理论，运用ca演化算法建立主轴系统温度场模型，揭示主轴系统的温度场稳态分布情况以及温度场随时间演变情况。

5、分析给定边界条件与部件物理参数对于主轴系统的温度场变化的影响，并可通过实验进行验证，研究ca演化算法建立主轴系统温度场模型，以此为基础进行主轴系统hca法拓扑结构优化设计，在体积比和局部温度的约束条件下，建立并求解系统结构单元总热能优化模型，根据计算与仿真结果设计试验方案，并进行试验测试研究，根据热敏感度设计评价准则，在实验研究的情况，分析技术研究各种结论的合理性以及优化设计结果优劣程度。

6、进一步在于：所述壳体底面两侧均固定连接有支撑架，通过支撑架对壳体进行支撑。

7、进一步在于：所述安装机构包括固定板，所述固定板侧面与壳体顶面固定连接，所述固定板顶面滑动连接有安装板，所述安装板顶面固定连接有与相邻定位筒侧面接触的安装座，所述安装座两端顶部均设置有与相邻定位筒侧面接触的卡位座，所述卡位座顶面旋合连接有与相邻安装座内侧面旋合连接的连接丝杆，连接丝杆可将卡位座固定在安装座上，从而通过卡位座将定位筒固定在安装座上，将轴体固定。

8、进一步在于：所述驱动模块包括支撑框，所述支撑框底面与壳体内底面固定连接，所述支撑框顶面固定连接有连接框，所述连接框顶面滑动连接有驱动盒，所述驱动盒内侧面设置有驱动电机，所述驱动电机输出端传动连接有与驱动盒内侧面转动连接的驱动轴，所述驱动轴一端固定连接有卡齿块一，所述轴体两端均固定连接有卡齿座，所述插接环内侧面固定连接有卡齿块二，所述卡齿块一与卡齿块二均与相邻卡齿座啮合，驱动电机可带动驱动轴转动，驱动轴可通过卡齿块一带动相邻卡齿座转动，从而使轴体在定位筒内转动，轴体可通过卡齿座与卡齿块二带动插接环转动，从而使砂轮跟随轴体转动，进行轴体的模拟运行试验，卡齿块一、卡齿块二与卡齿座上的齿均设置有弧面，便于卡齿块一与卡齿块二插接在对应的卡齿座上。

9、进一步在于：所述驱动盒底面固定连接有与连接框内侧面滑动连接的滑动座，所述连接框内侧面设置有液压杆，且液压杆输出端与滑动座侧面传动连接，液压杆可带动滑动座移动，滑动座可带动驱动盒移动，从而使卡齿块一远离卡齿座移动，使卡齿块一与卡齿座脱离，或使卡齿块一向卡齿座移动，使卡齿块一与卡齿座重新啮合，便于切换试验的轴体。

10、进一步在于：所述定位机构包括两个定位座，所述砂轮位于两个定位座之间，所述定位座内侧面转动连接有与砂轮侧面接触的抵接轮，所述抵接轮侧面两侧均固定连接有限位环，所述限位环侧面转动连接有与砂轮接触的滚珠，位于顶部的定位座两端均固定连接有定位框，所述定位框内侧面滑动连接有插接杆，两个所述插接杆底端均与位于底部的定位座顶面固定连接，所述定位框内侧面转动连接有与插接杆内侧面旋合连接的定位丝杆，定位丝杆可将定位框与插接杆相互连接，从而将两个定位座相互连接，使抵接轮抵在砂轮上，限位环可通过滚珠抵在砂轮上，限制砂轮相对抵接轮移动，使定位机构与砂轮稳定连接，可转动定位丝杆，使插接杆从定位框内伸出，从而使两个定位座相互远离，这时可将砂轮从定位机构上取下更换，可根据需要调整支撑筒的高度，适应不同直径的砂轮安装在轴体上。

11、进一步在于：所述滑动板顶面固定连接有限位座，所述限位座内底面滑动连接有支撑座，所述支撑座侧面固定连接有与限位座内侧面滑动连接的圆环，所述支撑座内侧面转动连接有圆球，且圆球侧面顶部与位于底部的定位座顶面固定连接，圆环可避免支撑座与限位座分离，滑动板可通过通过限位座对支撑座进行支撑，支撑座可通过圆球对位于底部的定位座进行支撑，从而对砂轮提供一定支撑力，而在轴体运行过程中，出现形变时，砂轮可通过抵接轮使定位座偏移，定位座可带动圆球相对支撑座转动，从而使支撑座对滑动板进行挤压，并使支撑座相对限位座移动，这样可通过观察滑动板的位置与支撑座的位置等了解轴体变形情况，便于了解轴体运行的状态。

12、进一步在于：所述支撑筒底面滑动连接有插接框，所述插接框顶面两侧均转动连接有滚杆，且位于底部的定位座底面与相邻滚杆侧面接触，所述支撑筒底面固定连接有与插接框内侧面滑动连接的t型杆，通过t型杆将支撑筒与插接框相互连接，插接框可通过滚杆对底部的定位座支撑与限制角度，便于将砂轮保持竖直与轴体连接，可使插接框相对支撑筒移动，使插接框上的滚杆与定位座脱离，从而使位于底部的定位座位于插接框顶部两端之间，使插接框不再对底部的定位座进行支撑，然后可使轴体转动进行试验。

13、进一步在于：所述插接框侧面滑动连接有与壳体内底面滑动连接的拨动框,所述插接框两个侧面均固定连接有与拨动框侧面滑动连接的两个限位轨，所述拨动框底面滑动连接有与壳体内侧面固定连接的调节框，所述调节框内侧面滑动连接有与拨动框底面固定连接的滑动杆，所述滑动杆内侧面旋合连接有与调节框内侧面转动连接的调节丝杆，所述调节框一端设置有与壳体内侧面固定连接的连接盒，所述连接盒内部设置有动力电机，所述动力电机输出端与调节丝杆一端传动连接，限位轨可将拨动框与插接框连接，并限制拨动框相对插接框的移动方向，动力电机可带动调节丝杆转动，调节丝杆转动可使滑动杆带动拨动框移动，拨动框可带动插接框远离轴体移动，从而使插接框上的滚杆与底部的定位座脱离。

14、而在一个轴体试验结束后，可使动力电机继续带动调节丝杆转动，使滑动杆带动拨动框继续移动，拨动框可带动插接框移动，使插接框另一端移动插进位于底部的定位座底部，从而使插接框通过其另一端上的滚杆对底部的定位座进行支撑，插接框继续移动可拨动支撑筒移动，从而使定位机构带动砂轮远离轴体移动，使卡齿块二与相邻卡齿座分离，然后可使调节丝杆反向转动，将砂轮向轴体移动，将卡齿块二与对应卡齿座啮合。

15、进一步在于：所述升降机构包括两个升降框，所述升降框侧面与壳体内侧面滑动连接，两个所述升降框相对面底部固定连接有挡框，所述升降框内侧面滑动连接有与支撑筒侧面固定连接的升降块，所述升降框内侧面转动连接有与升降块内侧面旋合连接的升降丝杆，一个升降框内侧顶部设置有连接电机，所述连接电机输出端与升降丝杆顶端传动连接，所述升降丝杆侧面底部对应挡框固定套接有齿带轮，且两个齿带轮通过齿带传动连接，齿带穿过挡框内部，通过挡框将两个升降框连接，并挡住齿带，连接电机可带动一个升降丝杆转动，一个升降丝杆可通过齿带轮带动另一个升降丝杆转动，从而使两个升降丝杆同步转动，升降丝杆转动时可使升降块带动支撑筒向上移动，从而调整支撑筒的高度，而在调节丝杆转动，调整支撑筒的水平位置时，支撑筒可通过升降块带动升降框沿壳体内壁移动。

16、本发明的有益效果：

17、1、通过支撑筒内侧面滑动连接有滑动板，可通过驱动模块带动对应的轴体转动，并通过砂轮作为轴体的负荷，同时对轴体进行温度变化监控，在需要降低轴体的负荷时，可通过升降机构使支撑筒向上移动，从而使支撑筒通过支撑弹簧对滑动板提供支撑力，滑动板可通过定位机构对砂轮提供一定支撑力，从而降低轴体的负荷，尽可能模拟零件切削加工时轴体的负荷变化，不需要停机增减负荷，且不需要的较多安装零件的配套设备，结构相对简单，同时试验过程可尽可能保持整洁，有利于减少试验的准备与后续处理过程，便于快速试验；

18、2、通过支撑座内侧面转动连接有圆球，在将插接框与底部的定位座分离后，可使砂轮相对滑动板自由转动，这样若轴体在长时间运行，发生形变时，可根据砂轮与定位板相对滑动板的角度进行判断，便于了解轴体运行的状态；

19、3、通过支撑筒底面滑动连接有插接框，在一个轴体模拟试验结束后，可使驱动盒远离轴体移动，并使插接框远离轴体移动，通过插接框对砂轮的角度进行限位，这样可使卡齿块一与卡齿块二均与相邻卡齿座分离，然后可移动安装板，将其他轴体移动到驱动盒与砂轮之间，切换试验的轴体较为简单，便于连续试验。