一种机床主轴弯扭复合加载器、测试装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种非接触式机床主轴弯扭复合加载器、测试装置及其测试系统，所述复合加载器包括机床主轴、扭矩加载器、径向加载器和测试棒；所述扭矩加载器包括扭矩力加载部件和扭矩力感应部件；所述径向加载器包括径向力加载部件；所述测试棒的一端与机床主轴连接，另一端与扭矩力感应部件连接；所述扭矩力加载部件产生扭矩力，通过扭矩力感应部件以非接触方式加载于测试棒；所述径向力加载部件产生径向力，并以非接触式方式加载于测试棒。通过对测试棒进行非接触式扭矩力和径向力加载，模拟机床主轴在运转过程中的实际工况，避免接触式的加载受力时对运转主轴的最终变形量产生影响，同时避免与测试棒产生碰撞、摩擦，提高试验的安全性。

Machine tool spindle bending torsion composite loader, testing device and system

The invention provides a non-contact compound machine tool spindle loader, testing device and testing system, the composite loader including machine tool spindle, torque loader, loader and radial test rod; the torque loader includes torque loading force and torque sensing component parts; the radial loader including radial force loading components; end the bar is connected with the spindle of the test, and the other end of the torque sensing member is connected; the torque loading parts due to torsion and torsion through inductive components in non-contact mode load on the test rod; the radial force components generate radial force and non-contact mode load on the test bar. Based on the test bar for non-contact torque and radial force loading, simulates actual condition of machine tool spindle during operation, avoid contact stress loading on the spindle running the final deformation effect, while avoiding collision, friction and test bar, improve safety test.

【技术实现步骤摘要】
一种机床主轴弯扭复合加载器、测试装置及系统
本专利技术属于数控机床动态性能的监测领域，具体涉及一种机床运转情况下机床主轴的弯扭复合加载器、测试装置及其系统。
技术介绍
数控加工机床目前朝着高速化、加工高精度化的发展方向发展，而机床主轴零部件由于制造误差、安装不对中、零件磨损等引起的不平衡量是影响机械加工精度的重要原因。这些不平衡量的存在使得机床主轴在运转过程中产生受迫振动，干扰机床的切削过程，当不平衡量达到一定的数值时会对机床的加工精度产生显著的影响。切削过程中，机床的主轴受径向力、扭矩的作用，由于主轴不平衡质量的存在，导致了主轴受力变形时存在弯扭耦合现象，激励扭矩所引起的径向变形会对机床的切削精度产生影响，这种影响与主轴因径向力而导致的径向变形相叠加，加大了主轴的径向变形量。当激励扭矩达到扭转固有频率且转速达到特定的范围(受弯曲固有频率、扭转固有频率影响)时，因不平衡质量引起的弯曲振动会达到共振状态，幅值也会达到最大，此时，这种弯扭耦合所带来的弯曲变形量影响较大，会明显的削弱机床主轴的弯曲刚度，对机床的切削精度也会产生明显的影响，这种影响铣削时更为明显。当采用车削、镗削等加工方式时，机床主轴所受力大小较为稳定，可认为在切削加工过程中受力状态不变。此时由于不平衡质量的存在，依然会产生弯扭耦合现象，扭矩的大小是影响其在径向上变形量的主要因素。为此，研制一种可以模拟机床主轴在典型工况加工过程中所受力和扭矩的动态载荷的试验装置，是机床可靠性试验平台建设工作的重要研究内容之一。已有的数控机床主轴加载测试技术和测试装置，大都仅满足于对数控机床主轴切削力(径向力)的加载或者扭矩的加载，而很少进行机床主轴动态切削力和扭矩的混合加载；已有的对机床主轴动态切削力和扭矩的混合加载，通常是通过弹性联轴器将测功机或制动器与测试棒相连，以加载接触式的扭矩力。无论是单独的扭矩力加载或径向力加载，还是接触式的混合加载，都不能有效模拟机床主轴实际工况下的载荷。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种机床主轴弯扭复合加载器、测试装置及测试系统，其能模拟机床主轴的实际切削过程，实现高精度地测量机床主轴在弯扭耦合下的弯曲变形量。本专利技术提供一种机床主轴弯扭复合加载器，包括：机床主轴、扭矩加载器、径向加载器和测试棒；所述扭矩加载器包括扭矩力加载部件和扭矩力感应部件；所述径向加载器包括径向力加载部件；所述测试棒的一端与所述机床主轴连接，另一端与所述扭矩力感应部件连接，同时所述测试棒为径向力感应部件；所述扭矩力加载部件产生扭矩力，所述测试棒通过与扭矩力感应部件连接以非接触方式接收所述扭矩力；所述径向力加载部件产生径向力，所述测试棒以非接触式方式接收所述径向力。优选地，还包括径向力增强部件，所述径向力增强部件与测试棒过盈连接，所述径向力加载部件产生的径向力，通过所述径向力增强部件间的增强作用，再以非接触式方式加载在测试棒上。具体地，本专利技术提供一种机床主轴弯扭复合加载器，包括机床主轴、扭矩加载器、径向加载器和测试棒；所述扭矩加载器包括电枢、励磁线圈、涡流环、感应盘；所述径向加载器包括磁铁和线圈；所述测试棒的一端与机床主轴连接，另一端通过连接键与所述感应盘连接；所述电枢、励磁线圈、涡流环产生扭矩力，所述测试棒通过与感应盘连接以非接触方式接收所述扭矩力；所述磁铁和线圈产生径向力，所述测试棒以非接触式方式接收所述径向力。更进一步地优选，还包括导磁盘，所述导磁盘设置在所述磁铁的上方，并与测试棒过盈连接。更进一步地优选，所述导磁盘采用互相绝缘的硅钢片叠成，所述导磁盘与所述磁铁的间距为0.8mm-1.2mm。更进一步地优选，所述磁铁包括W型磁铁；所述测试棒为圆柱状的导磁材料。更进一步地优选，所述电枢为左右对称实心电枢；所述涡流环在扭矩加载器内左右对称分布，并分别安装在左右实心电枢上；所述涡流环与所述感应盘表面间的距离为0.8mm-1.2mm。本专利技术还提供一种机床主轴弯扭复合测试装置，其包括如上所述的机床主轴弯扭复合加载器，还包括设置在径向加载器下方的径向传感器，用于测量径向力；设置在扭矩加载器内的扭矩传感器，用于测量扭矩力；通过支架安装在测试棒上方的位移传感器，用于测量测试棒竖直方向的位移。优选地，所述扭矩传感器包括应变片；所述径向传感器包括S型力传感器；所述位移传感器的量程范围为0-2mm，线性度为1％FS，与测试棒的上端距离为0.8-2mm。本专利技术还提供一种机床主轴弯扭复合测试系统，该系统包括如上所述的机床主轴弯扭复合测试装置，还包括信号处理装置，所述信号处理装置分别与径向传感器、扭矩传感器和位移传感器相连，用于采集数据，并计算不同转速、不同扭矩力及径向力下的弯曲刚度值。本专利技术的有益效果：考虑到模拟试验结果的准确性以及试验的安全性，其主要难点在于如何模拟机床实际切削过程给机床主轴施加一个非接触式的扭矩力，同时施加一个非接触式的径向力。本专利技术通过扭矩力加载部件和径向力加载部件产生扭矩力和径向力，测试棒通过与扭矩力感应部件相连，以非接触方式接收扭矩力；同时测试棒作为径向力感应部件，以非接触方式接收径向力。通过扭矩加载器和径向加载器同时对测试棒进行非接触式扭矩力和径向力的加载，模拟机床主轴在运转过程中的实际工况，避免接触式的加载受力时对机床主轴的最终变形量产生影响，提高模拟试验的准确性，为机床主轴弯扭耦合的精确研究提供基础。同时避免与测试棒产生碰撞、摩擦，提高试验的安全性。在进一步的优选方案中还能获得更多的优点：通过电枢、励磁线圈、涡流环和感应盘形成电涡流式扭矩加载器，对测试棒加载非接触式扭矩力，可以很好地模拟机床主轴在高速转速下的试验，且能提供的扭矩范围更广。通过磁铁和线圈形成电磁式径向加载器，对测试棒加载非接触式径向力；在磁铁的上方设置导磁盘，其与磁铁之间形成磁路的磁阻小，磁感应强度大，因此，最终的磁力大，加载径向力的效果更好。导磁盘采用互相绝缘的硅钢片等高导磁材料，可以有效减小电涡流效应。通过在磁铁下方设置径向传感器，在电涡流式扭矩加载器内设置扭矩传感器，在测试棒上方设置位移传感器，可以分别测量径向力、扭矩力和位移，根据这三个量可以计算得到不同转速、不同扭矩力及径向力下的弯曲刚度值。附图说明图1为本专利技术实施例1非接触式机床主轴弯扭复合测试装置的总体装配示意图；图2为本专利技术实施例1非接触式机床机床主轴弯扭复合测试装置的复合加载器部分放大图；图3为本专利技术实施例1非接触式机床机床主轴弯扭复合测试装置的电涡流式扭矩加载器剖视图；图4为本专利技术实施例1非接触式机床机床主轴弯扭复合测试装置的径向加载器结构示意图；图5为本专利技术实施例1非接触式机床机床主轴弯扭复合测试装置的径向加载器的磁力线分布示意图；具体实施方式下面结合具体实施方式并对照附图对本专利技术作进一步详细说明，应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本专利技术的范围及其应用。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机床主轴弯扭复合加载器，其特征在于，包括机床主轴、扭矩加载器、径向加载器和测试棒；所述扭矩加载器包括扭矩力加载部件和扭矩力感应部件；所述径向加载器包括径向力加载部件；所述测试棒的一端与所述机床主轴连接，另一端与所述扭矩力感应部件连接，同时所述测试棒为径向力感应部件；所述扭矩力加载部件产生扭矩力，所述测试棒通过与扭矩力感应部件连接以非接触方式接收所述扭矩力；所述径向力加载部件产生径向力，所述测试棒以非接触式方式接收所述径向力。

【技术特征摘要】
1.一种机床主轴弯扭复合加载器，其特征在于，包括机床主轴、扭矩加载器、径向加载器和测试棒；所述扭矩加载器包括扭矩力加载部件和扭矩力感应部件；所述径向加载器包括径向力加载部件；所述测试棒的一端与所述机床主轴连接，另一端与所述扭矩力感应部件连接，同时所述测试棒为径向力感应部件；所述扭矩力加载部件产生扭矩力，所述测试棒通过与扭矩力感应部件连接以非接触方式接收所述扭矩力；所述径向力加载部件产生径向力，所述测试棒以非接触式方式接收所述径向力。2.如权利要求1所述的机床主轴弯扭复合加载器，其特征在于，还包括径向力增强部件，所述径向力增强部件与测试棒过盈连接，所述径向力加载部件产生的径向力，通过所述径向力增强部件间的增强作用，以非接触式方式加载在测试棒上。3.一种机床主轴弯扭复合加载器，其特征在于，包括机床主轴、扭矩加载器、径向加载器和测试棒；所述扭矩加载器包括电枢、励磁线圈、涡流环、感应盘；所述径向加载器包括磁铁和线圈；所述测试棒的一端与所述机床主轴连接，另一端通过连接键与所述感应盘连接；所述电枢、励磁线圈、涡流环产生扭矩力，所述测试棒通过与感应盘连接以非接触方式接收所述扭矩力；所述磁铁和线圈产生径向力，所述测试棒以非接触式方式接收所述径向力。4.如权利要求3所述的机床主轴弯扭复合加载器，其特征在于，还包括导磁盘，所述导磁盘设置在所述磁铁的上方，并与测试棒过盈连接。5.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：许超，冯平法，周凯，吴志军，马荣梅，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44