[發明專利]由電磁和測功機混合動態加載的機床主軸可靠性試驗裝置

有效

• 申請號: 201110313367.5
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102384844A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 楊兆軍;呼燁;陳菲;方杰;王凱;朱巖;侯雨辰;馬宇鵬;何佳龍
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 齊安全

技術領域

本發明涉及一種機床主軸的試驗裝置，更確切地說，本發明涉及一種由電磁和測功機混合動態加載的機床主軸可靠性試驗裝置。

背景技術

機床主軸作為機床的關鍵功能部件，尤其電主軸作為現代高速加工技術的核心技術之一，其在高性能機床上的廣泛應用，不僅大幅度提高了加工效率，改善了產品質量，降低了生產成本，在為社會創造巨大物質財富的同時，更促進了新材料、新技術的推廣與應用，帶動了相關產業的發展。數控機床關鍵功能部件可靠性直接影響著整機可靠性水平。機床主軸作為數控機床重要關鍵功能部件之一，國內外還沒有關于電主軸可靠性技術全面、系統的研究，因此研制其可靠性試驗臺對于提高數控機床整機MTBF(平均無故障時間)的水平具有重要意義。目前，在數控機床上應用最廣泛的機床主軸是電主軸，本發明就電主軸(實施例中采用的型號為170XDS30Q22)進行可靠性試驗，試驗方法對其他類型的機床主軸也適用。

做電主軸可靠性試驗，加載試驗比空載試驗更能準確的反映電主軸的實際工況，但是電主軸的轉速高，對它的加載一直是個難點。目前對電主軸的加載試驗主要有測功機扭矩加載、雙機床主軸對拖扭矩加載、切削力作為負載、錘擊法、轉矩轉速儀法、單獨由氣缸做軸向或徑向的靜態加載和利用滾動軸承將主軸的高速轉動轉化為靜態加載等加載方法。這些方法只是模擬了電主軸實際工況中的一部分切削力，而且大部分方法還是靜態加載，并不能真實的模擬電主軸的實際工況。為了最大可能的反映電主軸的實際工況，做可靠性試驗，本發明設計了一套能同時實現主軸扭矩、徑向力和軸向力的加載方案。

參閱圖6，本發明之前，已經存在利用電磁對電主軸進行非接觸加載的專利，其加載原理如圖中所示。二者的區別為：

1.已經存在的專利利用電磁對電主軸進行扭矩和徑向力的非接觸加載。由軟磁材料制成的加載圓盤在磁場中旋轉時，加載圓盤中會產生電渦流，有電渦流產生就會受到切向的洛倫茲力，便添加上了扭矩，該扭矩消耗了電主軸的主要能量，最終以熱量的形式靠空氣冷卻散發出去，已經存在的專利專門設計了斜通孔加快散熱，能實現小功率電主軸的扭矩加載，如果想對上千瓦的大功率電主軸進行加載就比較困難了，大功率的電主軸的扭矩加載將產生大量的熱，利用空氣冷卻無法實現散熱，就不能實現扭矩加載，而目前機床上應用最廣泛的是上千瓦的大功率電主軸，所以本發明利用較成熟的交流電力測功機進行扭矩加載，最高能實現大功率高轉速的電主軸扭矩加載。

2.已經存在的專利沒有實時檢測所加載的徑向力和扭矩值的大小，為開環控制，本發明所加載的徑向力、軸向力和扭矩均為閉環控制。

3.電主軸本身就是一個強磁場，并且還是一個高頻的強耦合磁場，如何有效的防止勵磁繞組和電主軸之間的磁場干擾是一個很大的問題，而已經存在的專利利用芯軸將加載圓盤和電主軸直接連接在一起，勵磁繞組將會和電主軸的磁場產生干擾，影響電主軸的性能。本發明利用陶瓷測試棒連接機床主軸和加載裝置，有效的避免了該問題的產生。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服了現有技術存在的問題，提供了一種能模擬真實工況中機床主軸所受的動態切削力的一種加載裝置，更確切地說，提供了一種由電磁和測功機混合動態加載的機床主軸可靠性試驗裝置。

為解決上述技術問題，本發明是采用如下技術方案實現的：所述的由電磁和測功機混合動態加載的機床主軸可靠性試驗裝置，包括加載部分與支撐部分，所述的加載部分包括扭矩加載機構、軸向力加載機構、徑向力加載機構和陶瓷測試棒。所述的徑向力加載機構即2號電磁激振器，2號電磁激振器包括電磁鐵、螺栓、S型拉壓力傳感器與連接塊。所述的電磁鐵包括鐵芯、線圈、鋁座、2個結構相同的鋁座蓋和擋塊。

纏繞有線圈的鐵芯裝入鋁座內，擋塊插入鋁座上的矩形通孔內，使擋塊的右端面和鐵芯右端的左側相切。2個結構相同的鋁座蓋采用螺釘固定在鋁座的左端面上，鐵芯的左端從2個結構相同的鋁座蓋上的通孔中伸出。

中間位置加工有圓通孔的連接塊的兩端通過連接螺栓固定在鋁座前后端面的右側設置的前耳環與后耳環上，螺栓的一端連接于連接塊中間位置的圓通孔上，另一端連接于S型拉壓力傳感器的一端。