[發明專利]一種空氣靜壓主軸的徑向剛度測量裝置

在審

• 申請號: 201710012041.6
• 申請日: 2017-01-09
• 公開（公告）號: CN106769047A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 陳一;崔海龍;陽紅;劉有海;呂磊;丁穎;錢林弘;夏歡;張連新;鄭越青
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院機械制造工藝研究所
• 主分類號: G01M13/04
• 分類號: G01M13/04
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心51210
• 代理人: 翟長明,韓志英

技術領域

本發明屬于精密測量技術領域，具體涉及一種空氣靜壓主軸的徑向剛度測量裝置。

背景技術

超精密加工技術作為尖端技術產品中極為關鍵的加工手段，對軍事技術和經濟建設都具有極為重要的應用價值。超精密切削機床作為超精密加工中最核心的加工裝備，其支承元件空氣靜壓主軸的性能直接制約超精密切削加工精度的提升。空氣靜壓主軸具有精度高、無磨損和壽命長等優點，被廣泛應用于超精密切削機床中。隨著超精密加工技術的快速發展，對空氣靜壓主軸的剛度要求也越來越高，其中軸向剛度特性決定了超精密切削加工機床的抗振動特性，從而直接影響加工工件的面形精度。因此開展空氣靜壓主軸軸向剛度測量對于促進超精密加工技術快速發展具有顯著意義。

空氣靜壓主軸剛度的定義為施加在空氣靜壓主軸上的承載力的變化量和承載力的變化量引起的氣膜間隙的變化量之間的比值。根據承載力施加方式和位置的不同，空氣靜壓主軸的氣膜變化方式和位置也不同。據此，空氣靜壓主軸的剛度可進一步細化為軸向剛度和徑向剛度，其中徑向剛度用于表征承載力使氣膜產生徑向均勻間隙變化的難易程度。空氣靜壓主軸徑向剛度測試裝置主要由力加載裝置、力傳感器和位移傳感器組成。其中力加載裝置用于改變空氣靜壓主軸的徑向承載力；力傳感器用于測量徑向承載力的變化量；位移傳感器用于測量徑向氣膜間隙的變化量。

在空氣靜壓主軸徑向剛度的測量過程中，軸向承載力的增加將會使得空氣靜壓主軸產生徑向變形，這種徑向變形將會增大位移傳感器測量得到的徑向氣膜間隙變化量，從而造成較大的測量誤差。因此在測量過程中需要對空氣靜壓主軸的徑向變形進行有效分離，從而確保測量的徑向剛度值準確可靠。

中國專利文獻庫公開了《一種軸承徑向剛度和軸向剛度的動力學測量方法》（申請號：201210354382.9）、《異型軸承剛度的測量方法及裝置》（申請號：200910065393.3）、《軸承剛度測試裝置》（申請號：200810137157.3）等專利，上述專利涉及的裝置和方法的應用對象為接觸式軸承，并不適用于空氣靜壓主軸的剛度測量。最新的關于空氣靜壓主軸剛度測試技術的專利有中國專利文獻庫公開的《一種三坐標測量機的空氣軸承剛度和承載力檢驗裝置》（申請號：201420532122.0），該專利介紹了一種空氣靜壓主軸軸向剛度和承載力的測量裝置，但是該裝置不能用于徑向剛度的測量，也不能實現測量誤差的有效分離。

當前，亟需一種空氣靜壓主軸的徑向剛度測量裝置，該裝置能夠采用誤差分離方法去除測量過程中由于空氣靜壓主軸的徑向變形引起的徑向測量誤差。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種空氣靜壓主軸的徑向剛度測量裝置。

本發明的空氣靜壓主軸的徑向剛度測量裝置，其特點是，所述的徑向剛度測量裝置包括支架、力加載裝置B、力傳感器B、空氣靜壓主軸、力加載裝置A、力傳感器A、位移傳感器A、位移傳感器C、位移傳感器B；

其連接關系是：所述的支架放置在隔振地基上；空氣靜壓主軸豎直固定在支架上，空氣靜壓主軸的空氣靜壓主軸轉子懸浮在空氣靜壓主軸外殼中，空氣靜壓主軸轉子和空氣靜壓主軸外殼之間的縫隙為壓縮空氣形成的空氣靜壓主軸氣膜，空氣靜壓主軸外殼的底部固定在支架上；所述的力傳感器B固定在水平放置的力加載裝置B的前端，力加載裝置B的后端固定在支架上，力傳感器B和力加載裝置B固定安裝在空氣靜壓主軸的下部，空氣靜壓主軸的上部對應安裝結構相同的力傳感器A和力加載裝置A；所述的支架上安裝有位移傳感器A、位移傳感器C和位移傳感器B，位移傳感器A測量空氣靜壓主軸氣膜的徑向間隙變化量△H_A，位移傳感器B測量空氣靜壓主軸氣膜的徑向間隙變化量△H_B，位移傳感器C測量空氣靜壓主軸的變形量△H_C。

所述的位移傳感器A、位移傳感器C和位移傳感器B的位移敏感方向為水平方向，分辨率為0.1μm。

所述的力加載裝置B和力加載裝置A的中心線與水平方向的偏角小于等于0.5°。

所述的力傳感器B和力傳感器A的力敏感方向為水平方向，分辨率小于等于1N。