一種電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置，它包括依次相連的工業(yè)PC機(jī)(1)，與主軸驅(qū)動(dòng)裝置(2)，測(cè)試加載裝置(3)，電主軸(4)，電主軸(4)上安裝有測(cè)試棒(5)，冷卻水循環(huán)裝置(6)和油氣潤滑裝置(7)分別與電主軸(4)的兩端相連，溫度檢測(cè)裝置(8)沿軸向布置在電主軸(4)的軸體一側(cè)，熱位移檢測(cè)裝置(10)布置在測(cè)試棒(5)的端部和周向。本實(shí)用新型裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、適應(yīng)性強(qiáng)，能自動(dòng)完成電主軸溫度與熱變形檢測(cè)，可根據(jù)測(cè)試試驗(yàn)需要打開或關(guān)閉部分裝置分別完成空載和負(fù)載試驗(yàn)，同時(shí)亦可與其它裝置如激振器配合使用，完成電主軸其它一些動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試試驗(yàn)，實(shí)用性強(qiáng)，可克服現(xiàn)有技術(shù)的諸多不足。
【專利說明】
一種電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置，特別涉及一種對(duì)數(shù)控機(jī)床用高速電主軸在出廠前及維修后進(jìn)行溫度與熱變形性能檢測(cè)的試驗(yàn)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高速電主軸是高速加工機(jī)床的核心部件之一，也是近年來在數(shù)控機(jī)床領(lǐng)域出現(xiàn)的將電機(jī)與旋轉(zhuǎn)主軸融為一體的高性能主軸，具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、慣性小、振動(dòng)小、噪聲低、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，隨著數(shù)控加工技術(shù)從傳統(tǒng)的低轉(zhuǎn)速、低進(jìn)給、大扭矩切削加工向高轉(zhuǎn)速、高進(jìn)給切削方向發(fā)展，電主軸廣泛用作數(shù)控機(jī)床的高速主軸單元。但電主軸是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，主要包括電主軸、主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、高頻變頻裝置、冷卻裝置、供氣裝置、動(dòng)平衡裝置、內(nèi)置編碼器、換刀裝置等。
[0003]目前，我國電主軸的研究、應(yīng)用、維修水平和國外尚有較大差距，高轉(zhuǎn)速、高精度電主軸主要還是依賴德國、瑞士等國家進(jìn)口，由于國外廠家對(duì)電主軸核心技術(shù)的封鎖，對(duì)國外電主軸缺乏核心技術(shù)資料，以及在使用、維修保養(yǎng)方面的不足，導(dǎo)致電主軸的維修和檢測(cè)全部依賴主軸廠家，電主軸維修與檢測(cè)周期長、費(fèi)用高。
[0004]與此同時(shí)，由于轉(zhuǎn)速很高，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性尤其是熱特性成為影響和制約電主軸壽命和工作可靠性的重要因素。且隨著我國電主軸的品種及生產(chǎn)廠家逐步擴(kuò)大，用戶對(duì)電主軸的性能要求越來越嚴(yán)格，迫切需要生產(chǎn)廠家提供詳細(xì)可靠的溫升和熱變形等一系列參數(shù)。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]實(shí)用新型目的:本實(shí)用新型針對(duì)當(dāng)前電主軸產(chǎn)品出廠檢測(cè)、應(yīng)用和維修方面的不足，借助紅外傳感器和測(cè)試棒，采用5點(diǎn)測(cè)量和評(píng)價(jià)技術(shù)，提出一種實(shí)現(xiàn)簡單、能自動(dòng)完成電主軸溫度與熱變形檢測(cè)、能分析與評(píng)價(jià)冷卻潤滑特性的試驗(yàn)裝置。
[0006]技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案為:
[0007]—種電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置，它包括工業(yè)PC機(jī)，與工業(yè)PC機(jī)相連的主軸驅(qū)動(dòng)裝置，與主軸驅(qū)動(dòng)裝置相連接的測(cè)試加載裝置，與測(cè)試加載裝置相連的電主軸和安裝在電主軸上的測(cè)試棒，冷卻水循環(huán)裝置和油氣潤滑裝置分別與電主軸相連，溫度檢測(cè)裝置沿軸向布置在電主軸軸體一側(cè)，熱位移檢測(cè)裝置布置在測(cè)試棒端部和周向；
[0008]所述測(cè)試棒端部安裝有模擬刀具齒輪，模擬刀具齒輪與測(cè)試加載裝置中的模擬加載齒輪相嚙合完成實(shí)際工況模擬加載；
[0009]所述測(cè)試加載裝置包括連接器，力/扭矩測(cè)試器和模擬加載齒輪，測(cè)功機(jī)為交流高速測(cè)功機(jī)，測(cè)功機(jī)經(jīng)連接器與模擬加載齒輪相連接，模擬加載齒輪用于模擬實(shí)際工況加載切削力和力矩，其大小由力/扭矩測(cè)試器檢測(cè)。
[0010]所述電主軸冷卻水循環(huán)裝置包括冷卻水循環(huán)機(jī)和與冷卻水循環(huán)機(jī)相連的多級(jí)冷卻栗，冷卻水循環(huán)機(jī)通過多級(jí)冷卻栗與電主軸上的冷卻水道入口相連；
[0011]所述油氣潤滑裝置包括油-汽潤滑系統(tǒng)和空壓機(jī)，空壓機(jī)分別與電主軸的氣壓入口和油-汽潤滑系統(tǒng)中油氣混合裝置的壓縮空氣進(jìn)口相連接；
[0012]作為優(yōu)選方案，以上所述的電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置，所述的溫度檢測(cè)裝置包括五只紅外測(cè)溫儀，第一只紅外測(cè)溫儀布置于電主軸前端，第二只紅外測(cè)溫儀、第三只紅外測(cè)溫儀、第四只紅外測(cè)溫儀和第五只紅外測(cè)溫儀依次呈90°沿電主軸軸向螺旋布置，五只紅外測(cè)溫儀的輸出端均與屏蔽接線盒相連，屏蔽接線盒和數(shù)據(jù)采集卡連接，數(shù)據(jù)采集卡與工業(yè)PC機(jī)相連接。
[0013]作為優(yōu)選方案，以上所述的電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置，所述的熱位移檢測(cè)裝置包括五只電渦流位移傳感器，第一只電渦流位移傳感器布置于測(cè)試棒的端部，第二只電渦流位移傳感器和第三只電渦流位移傳感器沿測(cè)試棒軸向布置，第四只電渦流位移傳感器和第五只電渦流位移傳感器與第二只電渦流位移傳感器和第三只電渦流位移傳感器呈90°沿測(cè)試棒軸向布置，五只電渦流位移傳感器的輸出端與電荷放大器相連，電荷放大器與信號(hào)調(diào)理器相連，信號(hào)調(diào)理器與數(shù)據(jù)采集卡相連。
[0014]本實(shí)用新型借助安裝于測(cè)試棒端部的模擬刀具齒輪與模擬加載齒輪相嚙合完成加載切削力和力矩，更接近實(shí)際切削工況，試驗(yàn)數(shù)據(jù)更真實(shí)。
[0015]本實(shí)用新型借助布置在測(cè)試棒四周的5個(gè)電渦流位移傳感器完成電主軸熱變形的測(cè)量，相對(duì)于3點(diǎn)測(cè)量更能準(zhǔn)確的反應(yīng)電主軸的熱變形;借助呈螺旋形均勻布置在電主軸四周的5個(gè)紅外傳感器完成電主軸溫度場(chǎng)的分布測(cè)量，所測(cè)溫度場(chǎng)更逼近真實(shí)溫度場(chǎng)。
[0016]本實(shí)用新型借助調(diào)節(jié)多級(jí)冷卻栗的流量可完成對(duì)電主軸冷卻水流量的調(diào)節(jié)，借助紅外測(cè)溫儀適時(shí)測(cè)量的溫度場(chǎng)溫度和電渦流位移傳感器所測(cè)量的電主軸適時(shí)熱變形，完成對(duì)電主軸冷卻特性的分析與評(píng)價(jià)，通過將冷卻介質(zhì)水替換為其它冷卻介質(zhì)，亦可完成對(duì)不同冷卻介質(zhì)對(duì)電主軸冷卻特性影響的分析與評(píng)價(jià)。
[0017]本實(shí)用新型借助對(duì)油-汽潤滑系統(tǒng)供油量和壓縮空氣壓力大小的調(diào)節(jié)可完成對(duì)電主軸油-汽潤滑工作狀態(tài)的調(diào)節(jié)，同時(shí)借助紅外測(cè)溫儀適時(shí)測(cè)量的溫度場(chǎng)溫度和電渦流位移傳感器所測(cè)量的電主軸適時(shí)熱變形，可完成對(duì)電主軸油-汽潤滑特性的分析與評(píng)價(jià)，通過將更換不同品質(zhì)的油，亦可完成對(duì)油-汽潤滑潤滑油粘度、流量等參數(shù)對(duì)電主軸油-汽潤滑特性影響的分析與評(píng)價(jià)。
[0018]本實(shí)用新型提供的電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置工作時(shí)，工業(yè)PC機(jī)先發(fā)出測(cè)試指令，驅(qū)動(dòng)裝置接收測(cè)試指令，驅(qū)動(dòng)測(cè)功機(jī)和電主軸按照指定的狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，光電編碼器完成電主軸和測(cè)功機(jī)的速度測(cè)量并反饋回驅(qū)動(dòng)裝置與測(cè)試指令值比較，同時(shí)冷卻水循環(huán)機(jī)和多級(jí)冷卻栗啟動(dòng)冷卻工作，空壓機(jī)工作為油-汽潤滑系統(tǒng)和電主軸提供工作壓力，油-汽潤滑系統(tǒng)啟動(dòng)電主軸潤滑工作，紅外測(cè)溫儀完成電主軸溫度場(chǎng)溫度檢測(cè)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送給屏蔽接線盒完成信號(hào)過濾，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡讀取后傳送給工業(yè)PC機(jī)處理，與此同時(shí)電渦流位移傳感器完成電主軸熱位移檢測(cè)，經(jīng)電荷放大和信號(hào)調(diào)理后送往工業(yè)PC機(jī)進(jìn)行分析處理。
[0019]有益效果:本實(shí)用新型提供的電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、易實(shí)現(xiàn)、適應(yīng)性強(qiáng)，能自動(dòng)完成電主軸溫度與熱變形檢測(cè)，可根據(jù)測(cè)試試驗(yàn)需要打開或關(guān)閉某些裝置分別完成空載和負(fù)載試驗(yàn)，同時(shí)亦可與其它裝置如激振器配合使用，完成電主軸其它一些動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試試驗(yàn)，實(shí)用性強(qiáng)。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型提供的電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖2是實(shí)用新型提供的電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置中溫度檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3是實(shí)用新型提供的電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置中熱位移檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本實(shí)用新型，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型而不用于限制本實(shí)用新型的范圍，在閱讀了本實(shí)用新型之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本實(shí)用新型的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0024]實(shí)施例1
[0025]如圖1至圖3所示，一種電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置，它包括工業(yè)PC機(jī)I，與工業(yè)PC機(jī)I相連的主軸驅(qū)動(dòng)裝置2，與主軸驅(qū)動(dòng)裝置2相連接的測(cè)試加載裝置3，與測(cè)試加載裝置3相連的電主軸4和安裝在電主軸4上的測(cè)試棒5，冷卻水循環(huán)裝置6和油氣潤滑裝置7分別與電主軸4的兩端相連，溫度檢測(cè)裝置8沿軸向布置在電主軸4的軸體一側(cè)，熱位移檢測(cè)裝置10布置在測(cè)試棒5的端部和周向；
[0026]所述測(cè)試棒5端部安裝有模擬刀具齒輪5-1;
[0027]所述測(cè)試加載裝置3包括測(cè)功機(jī)3-1、連接器3-2、力/扭矩測(cè)試器3-3和模擬加載齒輪3-4，測(cè)功機(jī)3-1采用交流高速測(cè)功機(jī)，測(cè)功機(jī)3-1通過連接器3-2與模擬加載齒輪3-4相連接，模擬加載齒輪3-4用于模擬實(shí)際工況加載切削力和力矩，其大小由力/扭矩測(cè)試器3-3檢測(cè)；
[0028]所述電主軸冷卻水循環(huán)裝置6包括冷卻水循環(huán)機(jī)6-2和與冷卻水循環(huán)機(jī)6-2相連的多級(jí)冷卻栗6-1，冷卻水循環(huán)機(jī)6-2通過多級(jí)冷卻栗6-1與電主軸4上的冷卻水道入口相連；
[0029]所述油氣潤滑裝置7包括油-汽潤滑系統(tǒng)7-1和空壓機(jī)7-2，空壓機(jī)7-2分別與電主軸4的氣壓入口和油-汽潤滑系統(tǒng)7-1中油氣混合裝置的壓縮空氣進(jìn)口相連接；
[0030]所述主軸驅(qū)動(dòng)裝置2包括驅(qū)動(dòng)器2-1和光電編碼器2-2，驅(qū)動(dòng)器2-1采用高頻變頻器驅(qū)動(dòng)電主軸4運(yùn)轉(zhuǎn)，光電編碼器2-2用于監(jiān)測(cè)電主軸4轉(zhuǎn)速。
[0031]以上所述的電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置，所述的溫度檢測(cè)裝置8包括五只紅外測(cè)溫儀，第一只紅外測(cè)溫儀8-1-1布置于電主軸4前端，第二只紅外測(cè)溫儀8-1-2、第三只紅外測(cè)溫儀8-1-3、第四只紅外測(cè)溫儀8-1-4和第五只紅外測(cè)溫儀8-1-5依次呈90°沿電主軸4軸向螺旋布置，五只紅外測(cè)溫儀8-1的輸出端均與屏蔽接線盒11相連，屏蔽接線盒11和數(shù)據(jù)采集卡12連接，數(shù)據(jù)采集卡12與工業(yè)PC機(jī)I相連接。
[0032]以上所述的電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置，所述的熱位移檢測(cè)裝置10包括五只電渦流位移傳感器，第一只電渦流位移傳感器10-1-1布置于測(cè)試棒5的端部，第二只電渦流位移傳感器10-1-2和第三只電渦流位移傳感器10-1-3沿測(cè)試棒5軸向布置，第四只電渦流位移傳感器10-1-4和第五只電渦流位移傳感器10-1-5與第二只電渦流位移傳感器10-1-2和第三只電渦流位移傳感器10-1-3呈90°沿測(cè)試棒5軸向布置，五只電渦流位移傳感器10-1的輸出端與電荷放大器14相連，電荷放大器14與信號(hào)調(diào)理器15相連，信號(hào)調(diào)理器15與數(shù)據(jù)采集卡12相連。
[0033]在本實(shí)施實(shí)例中:在加載測(cè)試時(shí)，工業(yè)PC機(jī)I發(fā)出測(cè)試指令，主軸驅(qū)動(dòng)裝置2接收測(cè)試指令驅(qū)動(dòng)測(cè)功機(jī)3-1工作，測(cè)功機(jī)3-1經(jīng)模擬加載齒輪3-4與安裝與測(cè)試棒5的模擬刀具齒輪5-1嚙合，實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸的模擬工況加載，從而驅(qū)動(dòng)電主軸4按照指定的狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，光電編碼器2-2完成電主軸和測(cè)功機(jī)的速度測(cè)量，并反饋回主軸驅(qū)動(dòng)裝置2與測(cè)試指令值比較，同時(shí)冷卻水循環(huán)機(jī)6-2和多級(jí)冷卻栗6-1啟動(dòng)冷卻工作，空壓機(jī)7-2工作，為油-汽潤滑系統(tǒng)7-1和電主軸4提供工作壓力，油-汽潤滑系統(tǒng)7-1啟動(dòng)電主軸潤滑工作，紅外測(cè)溫儀8-1完成電主軸溫度場(chǎng)溫度檢測(cè)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)傳送給屏蔽接線盒，11完成信號(hào)過濾，經(jīng)數(shù)據(jù)采集卡12讀取后傳送給工業(yè)PC機(jī)I處理，與此同時(shí)電渦流位移傳感器10-1完成電主軸熱位移檢測(cè)，經(jīng)電荷放大器14和信號(hào)調(diào)理器15后送往工業(yè)PC進(jìn)行分析處理。
[0034]在本實(shí)施實(shí)例中:在空載測(cè)試時(shí)，測(cè)試前將模擬加載齒輪3-4拆卸掉，同時(shí)測(cè)試時(shí)斷開測(cè)功機(jī)3-1驅(qū)動(dòng)連接，從而可完成空載測(cè)試試驗(yàn)。
[0035]以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置，其特征在于，它包括工業(yè)PC機(jī)(I)，與工業(yè)PC機(jī)(I)相連的主軸驅(qū)動(dòng)裝置(2)，與主軸驅(qū)動(dòng)裝置(2)相連接的測(cè)試加載裝置(3)，與測(cè)試加載裝置(3)相連的電主軸(4)和安裝在電主軸(4)上的測(cè)試棒(5)，冷卻水循環(huán)裝置(6)和油氣潤滑裝置(7)分別與電主軸(4)的兩端相連，溫度檢測(cè)裝置(8)沿軸向布置在電主軸(4)的軸體一側(cè)，熱位移檢測(cè)裝置(10)布置在測(cè)試棒(5)的端部和周向； 所述測(cè)試棒(5)端部安裝有模擬刀具齒輪(5-1); 所述測(cè)試加載裝置(3)包括測(cè)功機(jī)(3-1)、連接器(3-2)、力/扭矩測(cè)試器(3-3)和模擬加載齒輪(3-4)，測(cè)功機(jī)(3-1)采用交流高速測(cè)功機(jī)，測(cè)功機(jī)(3-1)通過連接器(3-2)與模擬加載齒輪(3-4)相連接，模擬加載齒輪(3-4)用于模擬實(shí)際工況加載切削力和力矩，其大小由力/扭矩測(cè)試器(3-3)檢測(cè)； 所述電主軸冷卻水循環(huán)裝置(6)包括冷卻水循環(huán)機(jī)(6-2)和與冷卻水循環(huán)機(jī)(6-2)相連的多級(jí)冷卻栗(6-1)，冷卻水循環(huán)機(jī)(6-2)通過多級(jí)冷卻栗(6-1)與電主軸(4)上的冷卻水道入口相連； 所述油氣潤滑裝置(7)包括油-汽潤滑系統(tǒng)(7-1)和空壓機(jī)(7-2)，空壓機(jī)(7-2)分別與電主軸(4)的氣壓入口和油-汽潤滑系統(tǒng)(7-1)中油氣混合裝置的壓縮空氣進(jìn)口相連接； 所述主軸驅(qū)動(dòng)裝置(2)包括驅(qū)動(dòng)器(2-1)和光電編碼器(2-2)，驅(qū)動(dòng)器(2-1)采用高頻變頻器驅(qū)動(dòng)電主軸(4)運(yùn)轉(zhuǎn)，光電編碼器(2-2)用于監(jiān)測(cè)電主軸(4)轉(zhuǎn)速。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的溫度檢測(cè)裝置(8)包括五只紅外測(cè)溫儀，第一只紅外測(cè)溫儀(8-1-1)布置于電主軸(4)前端，第二只紅外測(cè)溫儀(8-1-2)、第三只紅外測(cè)溫儀(8-1-3)、第四只紅外測(cè)溫儀(8-1-4)和第五只紅外測(cè)溫儀(8-1-5)依次呈90°沿電主軸(4)軸向螺旋布置，五只紅外測(cè)溫儀(8-1)的輸出端均與屏蔽接線盒(11)相連，屏蔽接線盒(11)和數(shù)據(jù)采集卡(12)連接，數(shù)據(jù)采集卡(12)與工業(yè)PC機(jī)(I)相連接。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電主軸溫度與熱變形試驗(yàn)裝置，其特征在于，所述的熱位移檢測(cè)裝置(10)包括五只電渦流位移傳感器，第一只電渦流位移傳感器(10-1-1)布置于測(cè)試棒(5)的端部，第二只電渦流位移傳感器(10-1-2)和第三只電渦流位移傳感器(10-1-3)沿測(cè)試棒(5)軸向布置，第四只電渦流位移傳感器(10-1-4)和第五只電渦流位移傳感器(10-1-5)與第二只電渦流位移傳感器(10-1-2)和第三只電渦流位移傳感器(10-1-3)呈90°沿測(cè)試棒(5)軸向布置，五只電渦流位移傳感器(10-1)的輸出端與電荷放大器(14)相連，電荷放大器(14)與信號(hào)調(diào)理器(15)相連，信號(hào)調(diào)理器(15)與數(shù)據(jù)采集卡(12)相連。
【文檔編號(hào)】G01M13/00GK205506362SQ201520908872
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2015年11月13日
【發(fā)明人】鄭德星, 陳蔚芳, 計(jì)如桄, 余鳳杰, 催慧婷
【申請(qǐng)人】南京航空航天大學(xué)