本发明专利技术公开了一种高速电主轴非接触加载力及扭矩测试装置，在工作台上设置有固定座和整体支架，固定座通过四个拉压力传感器安装在工作台上，四个拉压力传感器分布在固定座下表面的四角，固定座上表面固定有支撑座，支撑座上设置有电主轴，电主轴的一个轴端套装有加载圆盘；四个拉压力传感器同时与滤波放大电路连接，滤波放大电路与数据采集板卡连接，数据采集板卡与工控机连接，工控机与显示、打印及键盘输入设备连接。本发明专利技术还公开了利用前述装置进行径向加载力及加载扭矩的检测方法。本发明专利技术装置及方法解决了高速电主轴特性分析试验中加载量难测试问题。
【技术实现步骤摘要】
本 专利技术属于检测设备
，涉及一种高速电主轴非接触加载力及扭矩测试装 置，本专利技术还涉及一种利用该装置进行加载力及扭矩的测试方法。
技术介绍
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；性能分析试验主要 有可靠性试验和动态特性分析试验，性能分析试验需要解决高速电主轴加载及加载量检测 问题，以检测的加载力力及扭矩为电主轴系统的输入，完成电主轴系统的可靠性及动态特 性分析。目前，高速电主轴力、扭矩测试存在的问题有(1)传统主轴加载只能通过测功机 实现扭矩加载，测试的主要参数为扭矩，较少涉及加载力，相关加载力测试方法的研究较 少，而高速电主轴加工过程中主轴切削力的检测需使用昂贵的多向力传感器，故此测试方 法不宜用于高速电主轴特性分析试验中加载力的检测；(2)接触式扭矩测试有采用电阻应 变片检测扭矩时传感器输出引线需经滑环导出，磨损太大，采用与高速电主轴同轴连接的 扭矩传感器检测扭矩时，无法保证同轴度，采用多向力传感器检测扭矩时，测试成本过高等 问题；(3)非接触式扭矩检测必须在主轴上增加复杂的无线信号传输装置或光电设备，会 使高速电主轴出现不平衡，甚至改变了主轴的运动状态，而基于特殊扭矩敏感材料的非接 触扭矩检测装置成熟产品不多，测试设备机械结构复杂，体积较大，材料较难获得，相关技 术有待完善等问题；以上存在的问题说明高速电主轴加载力及扭矩的检测需要采用非接触 式测试方法，而现有的力、扭矩测试方法均不宜用于高速电主轴性能分析试验中加载量的 检测。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高速电主轴非接触加载力及扭矩测试装置，解决了现有 技术中高速电主轴加载力及扭矩测试需要复杂测试设备、成本过高等问题。本专利技术的另一目的是提供一种利用上述装置进行加载力及扭矩的测试方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种高速电主轴非接触加载力及扭矩测试装置，在 工作台上设置有固定座和整体支架，固定座通过四个拉压力传感器安装在工作台上，四个 拉压力传感器分布在固定座下表面的四角，固定座上表面固定有支撑座，支撑座上设置有 电主轴，电主轴的一个轴端套装有加载圆盘，加载圆盘与整体支架位于同一竖直面内；四个 拉压力传感器同时与滤波放大电路连接，滤波放大电路与数据采集板卡连接，数据采集板 卡与工控机连接，工控机与显示、打印及键盘输入设备连接。本专利技术所采用的另一技术方案是，一种高速电主轴非接触加载力及扭矩测试方 法，该方法利用一种非接触加载装置，其结构是，在工作台上设置有固定座和整体支架，固 定座通过四个拉压力传感器安装在工作台上，四个拉压力传感器分布在固定座下表面的四角，固定座上表面固定有支撑座，支撑座上设置有电主轴，电主轴的一个轴端套装有加载圆 盘，加载圆盘与整体支架位于同一竖直面内；四个拉压力传感器同时与滤波放大电路连接， 滤波放大电路与数据采集板卡连接，数据采集板卡接入到工控机的PCI插槽中，工控机与 显示、打印及键盘输入设备连接；所述的整体支架环绕加载圆盘设置，在整体支架下部，在加载圆盘竖直方向下方 安装有径向力加载电磁铁，径向力加载电磁铁为U形电磁铁，两端分别缠绕有直流励磁线 圈；加载圆盘轴心水平两侧的整体支架上对称安装有左扭矩加载电磁铁和右扭矩加载电磁 铁，该两组电磁铁均为直铁芯，分别绕有直流励磁线圈，直流励磁线圈的轴线与加载圆盘的 水平直径线为同一条直线，本方法利用上述装置，按照以下步骤实施，步骤1)非接触加载装置未接通电源时，根据拉压力传感器的检测值得到电主轴、 固定底座、支撑座及加载圆盘的静态重量值，在非接触加载装置接通电源后，拉压力传感器 的检测值需减去上述几部分的静态重量值，才能用于进行后续的计算处理；步骤2、接通电主轴的变频器电源，并接通左扭矩加载电磁铁和右扭矩加载电磁 铁的直流励磁电源，左扭矩加载电磁铁和右扭矩加载电磁铁产生的磁场与旋转的加载圆盘 相互作用形成加载扭矩M，根据拉压力传感器检测的拉、压力值，对静态重量值修正后经过 数据处理，即得到加载扭矩M的测试值，实现加载扭矩M的检测；步骤；3)接通电主轴的变频器电源，并接通径向力加载电磁铁的直流励磁电源，径 向力加载电磁铁产生的磁场与导磁的加载圆盘相互作用形成竖直方向径向加载力F，根据 拉压力传感器检测的拉、压力值，对静态重量值修正后经过数据处理，即得到径向加载力F 的测试值，实现径向加载力F的检测；步骤4)接通电主轴的变频器电源，并同时接通径向力加载电磁铁、左扭矩加载电 磁铁和右扭矩加载电磁铁的直流励磁电源，该三个加载电磁铁产生的磁场与旋转的导磁加 载圆盘相互作用形成竖直径向加载力F及加载扭矩M，根据拉压力传感器检测的拉、压力 值，对静态重量值修正后经过数据处理，即得到径向加载力F及加载扭矩M的测试值，同时 实现径向加载力F及加载扭矩M的检测。本专利技术的有益效果是，采用拉压力传感器实现了高速电主轴非接触加载力及扭矩 的测试，该测试方法有效地解决了高速电主轴非接触加载力及扭矩测试装置复杂、成本过 高等问题，简化了测试装置结构，大大降低了测试设备成本，测试方法简便、精度高、易于实 现，具有显著的经济效益。附图说明图1为本专利技术装置结构示意图；图2为本专利技术装置主体结构右视图；图3为图1中沿A-A向剖面图；图4为本专利技术装置加载力及扭矩作用示意图；图5为本专利技术装置电主轴及固定座整体受力分析示意图；图6为图5中径向力F单独作用的B向受力示意图；图7为图5中扭矩M单独作用的C向受力示意图。5图中，1.电主轴，2.加载圆盘，3.整体支架，4.径向力加载电磁铁，5.工控机， 6.数据采集板卡，7.滤波放大电路，8.工作台，9.拉压力传感器，10.固定座，11.支撑座， 12.左扭矩加载电磁铁，13.右扭矩加载电磁铁。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。如图1、图2，本专利技术中被测力及扭矩加载和测试装置的机械部分结构是，在工作 台8上设置有电主轴的固定底座10和整体支架3，固定座10通过四个S型单向的拉压力传 感器9安装在工作台8上，四个拉压力传感器9分布在固定座10下表面的四角，见图3，固 定座10上表面固定有支撑座11，支撑座11上设置有电主轴1，电主轴1的轴端安装有加载 圆盘2，加载圆盘2与整体支架3位于同一竖直面内。参照图2，整体支架3为精密加工的框架结构，整体支架3满足对称性要求，在整体 支架3中安装有径向力加载电磁铁4、左扭矩加载电磁铁12和右扭矩加载电磁铁13 ；径向 力加载电磁铁4位于加载圆盘2的正下方，该电磁铁产生的磁场与加载圆盘2相互作用，在 加载圆盘2上产生径向电磁加载力F ；左扭矩加载电磁铁12和右扭矩加载电磁铁13位于 加载圆盘2左、右两侧，该组电磁铁产生的磁场与加载圆盘2相互作用，在加载圆盘2上产 生电磁加载扭矩M。参照图1、图3，本专利技术的测试装置电路部分结构是，四个拉压力传感器9同时与滤 波放大电路7连接，选用蛘埠天光传感器公司生产的拉压力传感器，型号为T几-1，该型传 感器为单向电阻应变式力传感器，采用S型剪切梁结构，可承受拉、压力，滤波放大电路7选 用天本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种高速电主轴非接触加载力及扭矩测试装置，其特征在于：在工作台（８）上设置有固定座（１０）和整体支架（３），固定座（１０）通过四个拉压力传感器（９）安装在工作台（８）上，四个拉压力传感器（９）分布在固定座（１０）下表面的四角，固定座（１０）上表面固定有支撑座（１１），支撑座（１１）上设置有电主轴（１），电主轴（１）的一个轴端套装有加载圆盘（２），加载圆盘（２）与整体支架（３）位于同一竖直面内；四个拉压力传感器（９）同时与滤波放大电路（７）连接，滤波放大电路（７）与数据采集板卡（６）连接，数据采集板卡（６）与工控机（５）连接，工控机（５）与显示、打印及键盘输入设备连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏昭，邱荣华，周训通，原大宁，何强，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：87
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