[發明專利]一種適用于高速主軸剛度測試的非接觸氣膜加載裝置

有效

• 申請號: 201810426201.6
• 申請日: 2018-05-07
• 公開（公告）號: CN108692896B
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 馮明
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波

本發明提供一種適用于高速主軸剛度測試的非接觸氣膜加載裝置，屬于機床動態性能檢測技術領域。該裝置包括底座、五自由度調節機構、內加載塊組件、徑向加載組件和軸向加載組件，五自由度調節機構安裝在底座上，內加載塊組件設置在五自由度調節機構內孔中，徑向加載組件和軸向加載組件設置在五自由度調節機構上。本裝置相較于現有裝置具有可實現高轉速工況下加載，發熱量遠小于電磁式加載，對位移傳感器影響小，結構緊湊，操作簡單等優點。

技術領域

本發明涉及機床動態性能檢測技術領域，特別是指一種適用于高速主軸剛度測試的非接觸氣膜加載裝置。

背景技術

高速化、加工高精度化是機械制造業的發展方向，而工件加工精度的提高依賴于電主軸動態性能的提高。現代先進制造技術要求電主軸在高轉速切削時保證主軸保持很高的剛度，需要對高速電主軸的剛度進行檢測。

在機床切削加工過程中主軸受徑向、軸向和切向三個方向的切削力。需要對旋轉的主軸進行加載，模擬實際載荷情況。傳統的接觸式加載在高轉速情況下難以實現。現有方法多采用非接觸電磁加載，存在兩點不足，一是電磁場在被測主軸表面誘發電渦流損耗產生大量熱，引起主軸溫升，二是電磁場對位移傳感器有一定影響。

因此，如何測試主軸高速旋轉情況下，靜剛度測試難以實現是目前研究的難點。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種適用于高速主軸剛度測試的非接觸氣膜加載裝置。

該裝置包括底座、五自由度調節機構、內加載塊組件、徑向加載組件和軸向加載組件，五自由度調節機構安裝在底座上，內加載塊組件設置在五自由度調節機構內孔中，徑向加載組件和軸向加載組件設置在五自由度調節機構上；

其中：五自由度調節機構包括底部框架、下拉彈簧、直線滑軌、直線滑塊、直線導軌、外框右板、外框上板、X向框架上板、Z向框架左板、轉軸、外框左板、轉軸框架、X向框架、Z向框架、調高板和高度調節旋鈕；內加載塊組件包括內加載塊-氣路、氣動快速接頭、內加載塊-止推、內加載塊-軸瓦和內加載塊；徑向加載組件包括力傳感器外套、徑向力傳感器和徑向加載軸；軸向加載組件包括軸向止推橫梁、軸向加載軸、軸向加載橫梁、軸向力傳感器外套和軸向力傳感器；

底座上安裝底座滑軌、底座滑塊和寬度調節塊，底座上部支撐底部框架，底座和底部框架之間設置下拉彈簧，底部框架上部中心位置設置直線滑軌，直線滑軌上方連接直線滑塊，直線滑塊上方為Z向框架，Z向框架上方設置直線導軌，直線導軌上方連接X向框架，X向框架內部包裹轉軸框架，轉軸框架內部設置內加載塊-氣路，內加載塊-氣路通過轉軸與轉軸框架相連，內加載塊-氣路上方有X向框架上板，X向框架左側設置Z向框架左板，Z向框架左板左側設置外框左板，外框左板對稱位置設置外框右板，外框左板和外框右板上方通過外框上板密封，內加載塊-氣路右側設置徑向力傳感器，徑向力傳感器外部包有力傳感器外套，徑向力傳感器連接徑向加載軸；調高板設置在底座上，調高板連接高度調節旋鈕，內加載塊-氣路連接氣動快速接頭、內加載塊-氣路上方連接內加載塊-止推，內加載塊-氣路中間為內加載塊-軸瓦，內加載塊-氣路下方為內加載塊；軸向止推橫梁連接在內加載塊-氣路后方，軸向止推橫梁一側連接軸向加載軸，軸向加載軸外部環繞軸向加載橫梁，軸向止推橫梁另一側連接軸向力傳感器外套，軸向力傳感器外套包裹軸向力傳感器。

在加載過程中，加壓氣體從內加載塊-軸瓦排出至內加載塊-軸瓦的內孔中，并在測試假軸軸頸上形成小于180°的部分瓦氣體靜壓軸承，實現對被測試的高速主軸的徑向非接觸加載；加壓氣體從內加載塊-止推排出至內加載塊-止推的端面，并在測試假軸軸肩形成環形的單向氣體靜壓軸承。

測試假軸一端與被測試的高速主軸剛性連接，另一端插入內加載塊-軸瓦的內孔中。

五自由度調節機構能夠實現對內加載塊組件的五個自由度微調，分別為上下、左右、前后、繞水平軸的轉動和繞豎直軸的轉動。