本发明专利技术公开了一种高速电主轴非接触电磁加载装置，其机械部分结构是，在支座上固定有电主轴，电主轴内腔套装有芯轴，芯轴的一端同轴套装有加载圆盘，加载圆盘的外端设置有平衡装置；加载圆盘沿轴向设置有斜通孔；整体支架环绕加载圆盘设置，在整体支架下部安装有径向力加载电磁铁，缠绕有直流励磁线圈①和②；整体支架两侧安装有左、右扭矩加载电磁铁，各绕有直流励磁线圈③和④；其电气部分结构是，包括PWM开关功率放大器输出端同时与磁场控制器、以及直流励磁线圈①、②和③、④连接；PWM开关功率放大器的输入端与二极管整流电路和整流变压器依次连接，磁场控制器与工控机连接。本发明专利技术解决了高速电主轴性能分析试验中难加载问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于动力控制设备
，涉及一种高速电主轴非接触电磁加载装置。
技术介绍
高速电主轴作为新兴技术已广泛应用于加工制造业，以实现数控机床高速、高精 度加工。为提高高速数控机床的加工精度和可靠性，需要对高速电主轴负载运行时的可靠 性及动态性能进行试验研究，该试验首先要解决高速电主轴的加载问题。目前，国内外关于 高速电主轴试验的加载问题研究较少，所提加载方法仍为低速电机加载中采用的对拖式加 载，即作为加载装置的测功机与电机同轴连接，给电机主轴提供负载扭矩，测出电机主轴的 转速、扭矩等参数。由于普通电机的转速比较低，接触式加载可满足要求，但对于高速电主 轴，若采用接触式加载，高速运转时会产生大量摩擦热及机械磨损大，难以实现加载控制和 高速电主轴负载时的稳定运行；同时，现有高速电主轴对拖式加载装置还存在如下一些不 足(1)只能提供主轴的负载扭矩加载，不能提供主轴的径向力加载。( 由于采用联轴器 连接，存在机械磨损、振动及同轴度不能精确保证的问题，由此产生的离心力使高速电主轴 振动、摆动加剧，以致高速时无法实现加载。因此，高速电主轴的试验加载不宜用接触式加 载。
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电磁加载装置，解决了现有技术中高 速电主轴难加载问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种高速电主轴非接触电磁加载装置，包括机械部 分和电气部分，所述的机械部分结构是，在工作台上设置有支座和整体支架，支座上固定有电主 轴，电主轴的轴心内腔套装有芯轴，芯轴伸出电主轴的一端同轴连接有加载圆盘，加载圆盘 的外端设置有平衡装置；加载圆盘沿轴向设置有斜通孔；所述的整体支架环绕加载圆盘设 置，加载圆盘与整体支架位于同一竖直面内，在加载圆盘竖直方向正下方的整体支架下部 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，径向力加载电磁铁的两端分 别缠绕有直流励磁线圈①和直流励磁线圈②；加载圆盘轴心水平两侧的整体支架上安装有 右扭矩加载电磁铁和左扭矩加载电磁铁，右扭矩加载电磁铁和左扭矩加载电磁铁均为直铁 芯，分别绕有直流励磁线圈③和直流励磁线圈④，直流励磁线圈③和直流励磁线圈④的线 圈轴线与加载圆盘的水平直径线为同一条直线；所述的电气部分结构是，包括磁场控制器，加载量测试值和加载量设定值为磁场 控制器输入信号；磁场控制器输出端与PWM开关功率放大器的控制电路输入端连接，PWM开 关功率放大器的加载电路输出端同时与直流励磁线圈①、②和③、④连接；PWM开关功率放 大器的输入端还与二极管整流电路和整流变压器依次连接，磁场控制器还与工控机连接。本专利技术的有益效果是，有效地解决了高速电主轴难以加载的问题，既能提供主轴的负载扭矩加载，又能提供主轴的径向力加载；装置造价低、安装使用方便、可靠性高，经济 效益显著。附图说明图1为本专利技术装置的结构示意图；图2为本专利技术装置整体支架一侧的侧视结构图；图3为本专利技术装置中的加载圆盘及平衡装置局部放大图；图4为本专利技术装置的电路部分连接示意图；图5为本专利技术装置中的四组电磁线圈连接结构示意图。图中，1.电主轴，2.加载圆盘，3.整体支架，4.斜通孔，5.平衡块，6.平衡盘，7. T 型槽，8.径向力加载电磁铁，9.整流变压器，10. 二极管整流电路，11. PWM开关功率放大 器，12.磁场控制器，13.工作台，14.支座，15.右扭矩加载电磁铁，16.左扭矩加载电磁铁， 17.滤波电容，18. PWM波形发生器，19.隔离驱动电路，20.径向力加载电路，21.扭矩加载电 路，22.锁紧螺母，23.锁紧圆螺母，24.法兰，25.芯轴，①、②、③和④为四个直流励磁线圈。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、图3，本专利技术装置的机械部分结构是，在工作台13上设置有支座14和 整体支架3，支座14上固定有电主轴1，电主轴1的轴心套装有芯轴25，芯轴25伸出电主轴 1的一端同轴连接有法兰对，法兰M通过锁紧螺母22与芯轴25固定连接，法兰M上套装 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，加载圆盘2的外端设置有平衡 盘6，平衡盘6沿圆周开设的T型槽7中设置有多个平衡块5，平衡盘6的外端设置有锁紧 圆螺母23，锁紧圆螺母23用于将平衡盘6固定在法兰M上，从而将加载圆盘2夹紧在法兰 24上。参照图3，加载圆盘2的动平衡装置是，在平衡盘6的环形T型槽7中设置三块平 衡块5，通过移动平衡块5的位置进行动平衡调整。加载圆盘2沿轴向设置有斜通孔4，当 电主轴高速旋转时可形成高速气流，实现自动风冷，可满足长时间连续加载需要，无需增加 复杂的冷却装置。参照图2、图5，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8、左扭矩加载电磁铁16和右扭矩加载电磁铁 15，位于加载圆盘2下方的径向力加载电磁铁8上设置有直流励磁线圈①和直流励磁线圈 ②，直流励磁线圈①和直流励磁线圈②的线圈轴线对称并平行于加载圆盘2的竖直直径 线，加载圆盘2左右两侧设置有右扭矩加载电磁铁15和左扭矩加载电磁铁16，右扭矩加载 电磁铁15和左扭矩加载电磁铁16上分别绕有直流励磁线圈③和直流励磁线圈④，直流励 磁线圈③和直流励磁线圈④的线圈轴线与加载圆盘2的水平直径线为同一条直线，直流励 磁线圈①、②和③、④分别形成各自的直流磁场，通过与加载圆盘2配合作用，产生稳定的 电磁加载力、扭矩。参照图1、图4，本专利技术的电气控制部分结构是，加载量测试值e和加载量设定值f 为磁场控制器12输入信号，输入信号e和f形成的偏差量作为磁场控制器12的PI控制算法输入量，经PI控制算法调节产生的输出信号接脉宽调制(PWM)开关功率放大器11的控 制电路输入端，PWM开关功率放大器11的加载电路输入端与二极管整流电路10和整流变压 器9依次连接，PWM开关功率放大器11的加载电路输出端与直流励磁线圈①、②和③、④同 时连接，直流励磁线圈①、②和③、④由PWM开关功率放大器11产生稳定的直流励磁电流， 并由磁场控制器12完成直流励磁电流的控制；磁场控制器12和作为上位机的工控机连接， 工控机可生成人机交互操作界面，以输入加载量设定值f及其它参数，该输入的设定值f等 参数通过串口通信传送给磁场控制器12，磁场控制器12接收的加载量检测值由串口通信 传送给工控机进行显示。参照图4，PWM开关功率放大器11由加载电路和控制电路两部分组成。电路结构 一致的径向力加载电路20和扭矩加载电路21组成PWM开关功率放大器11的加载电路部 分；其中，径向力加载电路20的输出接线端口为a端、b端，直流励磁线圈①和直流励磁线 圈②差动串接后接a端、b端，扭矩加载电路21的输出接线端口为c端、d端，直流励磁线圈 ③和直流励磁线圈④串接后接c端、d端；径向力加载电路20和扭矩加载电路21均选用西 门康(SEMIKR0N)公司的绝缘栅极双极型晶体管(IGBT)模块，型号为SK100GH128T，该型号 IGBT模块内部由两个绝缘栅双极晶体管(IGBT)和两个快速恢复二极管(续流二极管)构 成半桥斩波电路，此半桥斩波电路封装成整体IGBT模块，作为PWM开关功率放大器的加载 电路，具有充电、放电、续本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种高速电主轴非接触电磁加载装置，其特征在于：包括机械部分和电气部分，所述的机械部分结构是，在工作台（１３）上设置有支座（１４）和整体支架（３），支座（１４）上固定有电主轴（１），电主轴（１）的轴心内腔套装有芯轴（２５），芯轴（２５）伸出电主轴（１）的一端同轴连接有加载圆盘（２），加载圆盘（２）的外端设置有平衡装置；加载圆盘（２）沿轴向设置有斜通孔（４）；所述的整体支架（３）环绕加载圆盘（２）设置，加载圆盘（２）与整体支架（３）位于同一竖直面内，在加载圆盘（２）竖直方向正下方的整体支架（３）下部安装有径向力加载电磁铁（８），径向力加载电磁铁（８）为Ｕ形电磁铁，径向力加载电磁铁（８）的两端分别缠绕有直流励磁线圈①和直流励磁线圈②；加载圆盘（２）轴心水平两侧的整体支架（３）上安装有右扭矩加载电磁铁（１５）和左扭矩加载电磁铁（１６），右扭矩加载电磁铁（１５）和左扭矩加载电磁铁（１６）均为直铁芯，分别绕有直流励磁线圈③和直流励磁线圈④，直流励磁线圈③和直流励磁线圈④的线圈轴线与加载圆盘（２）的水平直径线为同一条直线；所述的电气部分结构是，包括磁场控制器（１２），加载量测试值和加载量设定值为磁场控制器（１２）输入信号；磁场控制器（１２）输出端与ＰＷＭ开关功率放大器（１１）的控制电路输入端连接，ＰＷＭ开关功率放大器（１１）的加载电路输出端同时与直流励磁线圈①、②和③、④连接；ＰＷＭ开关功率放大器（１１）的输入端还与二极管整流电路（１０）和整流变压器（９）依次连接，磁场控制器（１２）还与工控机连接。...
【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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