[發明專利]基于高壓水射流的高速電主軸柔性加載系統

有效

• 申請號: 201711490080.3
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN107894334B
• 公開（公告）日: 2020-04-07
• 發明（設計）人: 陳小安;田勝利;合燁;陳天馳
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產權代理有限公司 11129
• 代理人: 呂小琴

本發明公開了一種基于高壓水射流的高速電主軸柔性加載系統，包括用于產生高壓水并形成射流對電主軸進行加載的高壓水發生裝置以及用于控制射流打擊力影響因素的射流控制單元。該加載系統通過利用電主軸切削高壓水的方式真實模擬了切削過程，加載過程不受到高轉速限制，加載力范圍廣且精度高；系統持續加載時間長，穩定性好；該加載系統為系統獨立，可對任意電主軸加載，通用性好；方便安裝，對安裝精度要求較低；此外該加載還具有系統結構簡單，操作簡單等優點。

技術領域

本發明涉及一種基于高壓水射流的高速電主軸柔性加載系統。

背景技術

高速電主軸作為高速加工機床中的核心部件，其動態性能和可靠性一直是設計人員關心的重點，直接影響到機床的加工精度和生產效率。但由于電主軸轉速較高，對其進行加載一直是研究電主軸動態性能的一個難點。目前對電主軸的動態性能的研究主要以建仿真、有限元分析為主，動態測試方法也多集中于空載運行試驗。

現有對電主軸加載主要包括接觸式加載和非接觸加載。

常用的接觸式加載如壓電陶瓷加載、液壓加載和滾動軸承外圈加載等；但加載壓電陶瓷結構復雜，易損壞；液壓加載的加載力大，但存在污染噪聲和控制精度不高等缺陷；滾動軸承外圈加載磨損高發熱嚴重，不易長時加載。總而言之，機械接觸式加載方法在磨損、發熱及動平衡等問題上難以滿足高速加載要求。

常用的非接觸加載如電磁激振器加載、電磁加載和空氣靜壓加載等，但電磁激振器加載并不能實現連續加載；電磁加載由于電渦流效應導致發熱嚴重和加載力隨轉速增大而減小；空氣靜壓加載存在氣隙調整困難，空氣擴散嚴重，所以加載力較小，不易精確控制。總而言之，非接觸加載對技術、設計、加工、安裝等要求過高。

此外，上述加載方式均只能單向加載，不能真實模擬切削力。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于高壓水射流的高速電主軸柔性加載系統，以解決現有接觸加載往往不適用過高轉速，結構復雜，加載時間短；非接觸加載方式往往加載力對氣隙大小過于敏感，對部件設計、加工和安裝精度要求過高，實施困難的問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種基于高壓水射流的高速電主軸柔性加載系統，包括用于產生高壓水并形成射流對電主軸進行加載的高壓水發生裝置以及用于控制射流打擊力影響因素的射流控制單元。

進一步地，所述射流打擊力影響因素包括射流流量、射流壓力、射流靶距、射流噴口直徑和電主軸的外形；所述射流控制單元包括射流流量控制裝置、射流壓力調節裝置和射流靶距調節裝置。

進一步地，所述射流流量控制裝置包括變頻控制柜以及與所述變頻控制柜電連接的電機，所述電機通過聯軸器總成與所述高壓水發生裝置連接。

進一步地，所述射流靶距調節裝置包括用于調整所述高壓水發生裝置的噴射口與電主軸之間的距離的模組，所述模組采用梯形絲杠，且所述模組設置有鎖死裝置。

進一步地，該加載系統還包括用于檢測射流打擊力的射流檢測單元，所述射流檢測單元包括渦輪流量計和壓力變送器，所述渦輪流量計用于檢測所述高壓水發生裝置內的射流流量，壓力變送器用于檢測高壓水發生裝置內的射流壓力。

進一步地，該加載系統還包括打擊力測試單元，所述打擊力測試單元包括壓力傳感器、數據采集單元和數據處理器；所述壓力傳感器用于實時檢測所述高壓水發生裝置噴射出的射流的射流打擊力；所述數據采集單元用于實時獲取所述射流流量、射流壓力、射流靶距、射流噴口直徑和電主軸的外形信息；所述數據處理器用于根據所述射流流量、射流壓力、射流靶距、射流噴口直徑和電主軸的外形信息的變化規律對與之對應時刻所檢測到的射流打擊力進行標定，并建立射流打擊力影響因素與射流打擊力之間的關聯數據庫。