[发明专利]高速电主轴动态支承刚度测试装置及测试方法

说明书

本发明公开了一种高速电主轴动态支承刚度测试装置及测试方法，本发明通过采用两个并排设置的滚动轴承对加载棒进行接触加载，采用滚动轴承外圈与主轴前端的加载棒接触加载，更加的贴近电主轴实际作业工况，且相比非接触加载，其加载力的范围更广、控制精度更高、持续加载时间长，对电主轴输出端的加载棒的动平衡影响较小，可测量的实验转速更高；同时可以通过传感器对加载力和位移变形进行同步测量，可精确的测量和计算出电主轴的动态支承刚度。

技术领域

本发明涉及一种高速电主轴动态支承刚度测试装置及测试方法。

背景技术

高速电主轴作为高速加工机床中的核心部件，直接影响到机床的加工精度和生产效率。随着对高速电主轴大输出功率和高转速的日益追求，需要主轴轴承的动态支承刚度越来越大，这成为了设计人员关心的重点。但由于高速电主轴结构特点和使用工况，对其进行动态支撑刚度测试一直都是难点。现有对电主轴动态支承刚度的实验研究并不多，主要包括：接触式加载测量动态支承刚度，比如用压电陶瓷或液压缸作为执行器来加载套子主轴转子上的滚动轴承外圈的方法，但这种方式由于滚动轴承对转子的动平衡影响较大，以及滚动轴承的磨损和温升较大，该方式只适合低速的动态刚度测试。非接触加载测量动态支承刚度，比如利用电磁激振器、电磁铁加载和空气静压等方式实现加载，但非接触加载对结构设计、加工精度和安装精度提出了严苛的要求，同时，加载力较小，且加载力不易精确控制和测量等缺陷。综上所述，对于高速电主轴动态支撑刚度测量的关键是实现对其动态加载，以上接触加载和非接触加载方式都存在各自的缺陷，无法满足现代工业对其动态刚度的急切需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速电主轴动态支承刚度测试装置及测试方法，通过一种结构简单，操作方便的实验装置，能够对电主轴动态支承刚度进行精确的测量，为电主轴的动态性能研究和质量检测提供了实验基础。

为解决上述技术问题，本发明提供一种高速电主轴动态支承刚度测试装置，包括用于向电主轴输出端的加载棒施加径向加载力的机械加载装置、用于控制机械加载装置加载力的加载控制装置以及用于采集所述加载力以及加载棒的位移变化的数据采集单元；所述机械加载装置包括刚度基座，所述刚度基座的顶部设有两个并排设置的滚动轴承，滚动轴承的外圈与加载棒接触加载；所述加载控制装置包括向刚度基座提供作用力的动力装置。

进一步地，该测试装置还包括润滑装置，所述润滑装置包括润滑导管，所述润滑导管的一端与润滑剂储存箱连接，另一端的管口迎向加载棒的加载点设置，用于向加载点提供润滑剂。

进一步地，所述数据采集单元包括用于测量动力装置向刚度基座施加的作用力的压力传感器，设置在加载棒的加载点的正上方用于检测加载棒在加载力作用下的位移量的电涡流传感器。

进一步地，所述刚度基座通过滑动副固定在机架上，所述滑动副包括固定在机架上的滑动基座以及贯穿所述滑动基座且与所述滑动基座滑动连接的滑动支柱，所述滑动支柱的一端与所述刚度基座连接，另一端与所述动力装置的输出端连接；所述压力传感器设置在动力装置的输出端与滑动支柱之间。

进一步地，该测试装置还包括用于调节动力装置位置的动力装置安装机构，所述动力装置安装机构包括第一立柱、设置在所述第一立柱上的第一套管以及水平设置且与第一套管的管壁固定连接的安装板，所述第一套管可沿第一立柱上下滑动，所述动力装置安装在所述安装板上。

进一步地，所述动力装置包括气缸以及与所述气缸连接并用于控制气缸工作的电气比例阀，所述压力传感器设置在气缸的活塞杆与滑动支柱之间。

进一步地，所述气缸的活塞杆通过浮动接头与压力传感器的连接接头相连接。

此外，本发明还提供了一种上述测试装置测量高速电主轴动态支承刚度的测试方法，包括以下步骤：

S1：采集电主轴输出端的加载棒所受的径向加载力以及加载棒在所述径向加载力作用下的位移量；