CN106840558B - 动压主轴刚度测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动压主轴刚度测试系统，包括：受力模块，受力模块设有动压主轴，动压主轴的外周套设有轴承；固定轴承套，固定轴承套套设在轴承外圈，固定轴承套设有挂钩，挂钩用于为受力模块配置重量；固定模块，固定模块设在受力模块的下方；施载模块，施载模块设置于固定模块用于对轴承施加载荷；测力模块，测力模块设在施载模块上用于测量施载模块对轴承施加载荷F；位移测量模块，位移测量模块与动压主轴相对设置用于测量动压主轴的径向位移S；控制模块，控制模块分别与施载模块、测力模块和位移测量模块相连并接收测力模块和位移测量模块的输出信号计算动压主轴的刚度K＝F/S。根据本发明实施例的动压主轴刚度测试系统安全性及测量的准确性高。

Description

动压主轴刚度测试系统

技术领域

本发明涉及主轴刚度测试技术领域，尤其涉及一种动压主轴刚度测试系统。

背景技术

传统的测量主轴刚度的方法是直接给静止的主轴施加载荷，同时测量主轴在施力方向上的变形，从而计算出刚度。对于动压主轴系统，在主轴正常转动过程中才能反应实际的系统刚度，考虑到动压主轴刚度测试中的转动特性，一般测试系统无法安全精确的测量出其真实刚度。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本发明提出一种动压主轴刚度测试系统，该动压主轴刚度测试系统安全性高且测量精准。

根据本发明实施例的动压主轴刚度测试系统包括：受力模块，所述受力模块设有动压主轴，所述动压主轴的外周套设有轴承；固定轴承套，所述固定轴承套套设在所述轴承外圈，所述固定轴承套设有挂钩，所述挂钩用于为所述受力模块配置重量；固定模块，所述固定模块设在所述受力模块的下方；施载模块，所述施载模块设置于所述固定模块上用于对所述轴承施加载荷；测力模块，所述测力模块设在所述施载模块上用于测量所述施载模块对所述轴承施加载荷F；位移测量模块，所述位移测量模块与所述动压主轴相对设置用于测量所述动压主轴的径向位移S；控制模块，所述控制模块分别与所述施载模块、所述测力模块和所述位移测量模块相连并接收所述测力模块和所述位移测量模块的输出信号计算所述动压主轴的刚度K＝F/S。

根据本发明实施例的动压主轴刚度测试系统，通过施载模块加载于轴承上，并通过控制模块控制施载模块加载于轴承载荷大小，接收测力模块和位移测量模块的输出信号得出动压主轴的刚度，提高了动压主轴刚度测试系统的安全性及测量的准确性。

另外，根据本发明实施例的动压主轴刚度测试系统，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述轴承为滚动轴承。

根据本发明的一个实施例，所述施载模块包括：螺旋传动机构，所述螺旋传动机构的上端止抵于所述固定轴承套的底部。

根据本发明的一个实施例，所述施载模块还包括：伺服电机，所述伺服电机设在所述固定模块上且与所述控制模块相连驱动所述螺旋传动机构运动。

根据本发明的一个实施例，所述固定模块包括：工作平台，所述伺服电机设在所述工作平台上；磁力底座，所述磁力底座设在所述工作平台的底部。

根据本发明的一个实施例，所述位移测量模块包括：支撑架，所述支撑架的一端设在所述工作平台上，所述支撑架的另一端向上延伸；激光位移传感器，所述激光位移传感器设在所述支撑架的另一端用于检测所述动压主轴的径向位移。

根据本发明的一个实施例，所述工作平台可移动地设在所述磁力底座上。

根据本发明的一个实施例，所述施载模块通过螺栓固定在所述固定模块上。

根据本发明的一个实施例，所述控制模块为单片机，所述单片机与所述伺服电机、力传感器和激光位移传感器电连接。

根据本发明的一个实施例，所述固定轴承套包括：第一卡箍和第二卡箍，所述第一卡箍和所述第二卡箍套设在所述轴承外圈后，所述第一卡箍和所述第二卡箍的一端通过螺栓连接。

根据本发明的一个实施例，所述动压主轴刚度测试系统还包括：套筒，所述套筒设在所述第一卡箍和所述第二卡箍的另一端，所述套筒分别与所述第一卡箍和所述第二卡箍通过螺钉连接，所述施载模块对所述套筒施加载荷。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明一个实施例的动压主轴刚度测试系统的主视图；

图2是根据本发明一个实施例的动压主轴刚度测试系统的侧视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照图1-图2描述根据本发明实施例的动压主轴刚度测试系统100，该动压主轴刚度测试系统100可以测量动压主轴11在静止状态和转动状态时的刚度。

如图1和图2所示，动压主轴刚度测试系统100大体可以包括：受力模块10、固定模块20、施载模块30、测力模块70、位移测量模块40和控制模块50。其中，测力模块70可以为力传感器。

具体地，受力模块10设有动压主轴11，动压主轴11的外周套设有轴承12，固定轴承套13设在轴承12外圈，固定轴承套13设有挂钩14，挂钩14用于为受力模块10配置重量，即可模拟实际动压主轴11带动砂轮转动所形成的刚度特性。固定模块20设在受力模块10的下方。施载模块30设置于固定模块20上用于对轴承12施加载荷。测力模块70设在施载模块30上用于测量施载模块30对轴承12施加力F。位移测量模块40与动压主轴11相对设置用于测量动压主轴11的径向位移S。控制模块50分别与施载模块30、测力模块70和位移测量模块40相连并接收测力模块70和位移测量模块40的输出信号计算动压主轴11的刚度K＝F/S。其中，轴承12可以为滚动轴承12。

也就是说，在测量动压主轴11的刚度时，施载模块30作用于轴承12上，通过轴承12将载荷传递给动压主轴11，提高测量动压主轴11的安全性。

通过控制模块50控制施载模块30加载于轴承12载荷大小，并接收测力模块70和位移测量模块40的输出信号，从而可以精准测量动压主轴11的刚度。

简言之，根据本发明实施例的动压主轴刚度测试系统100，通过施载模块30加载于轴承12上，并通过控制模块50控制施载模块30加载于轴承12载荷大小，接收测力模块70和位移测量模块40的输出信号得出动压主轴11的刚度，提高了动压主轴刚度测试系统100的安全性及测量的准确性。

在本发明的一些实施例中，轴承12的外周面设有向下延伸且相对设置的两个卡板，两个卡板限定出卡槽。

施载模块30可以包括：螺旋传动机构31和伺服电机32。螺旋传动机构31的上端止抵在固定轴承套13的底部。

可选地，固定轴承套的底部可以设有相对设置的卡板(图未示出)，卡板与卡板之间限定出卡槽，其中，施载模块30可以通过螺栓固定在固定模块20上。将施载模块30安装固定在施载模块30之前，可以预先调整螺旋传动机构31与卡槽配合关系，使得螺旋传动机构31与卡槽间隙配合。由此，可以保证施载模块30的加载负荷集中作用于轴承12上，避免受到卡板的干涉。

测力模块70设在螺旋传动机构31的上端。伺服电机32设在固定模块20上且与控制模块50相连驱动螺旋传动机构31运动。也就是说，通过控制模块50控制伺服电机32输出力矩，通过螺旋传动机构31对测力模块70和动压主轴11进行加载，从而可以通过测力模块70随时监控施加于轴承12上的载荷。

进一步地，如图1和图2所示，固定模块20可以包括：工作平台21和磁力底座22。伺服电机32设在工作平台21上。磁力底座22设在工作平台21的底部。通过磁力底座22可以将固定模块20固定在机床合适位置，便于对动压主轴11进行刚度测试。

可选地，位移测量模块40包括：支撑架41和激光位移传感器42。如图1所示，支撑架41的一端设在工作平台21上，支撑架41的另一端向上延伸。激光位移传感器42设在支撑架41的另一端用于检测动压主轴11的径向位移。可以理解的是，动压主轴11受到外力加载后会发生弹性形变，因此，通过激光位移传感器42可以精准地测量出动压主轴11的径向位移。

可选地，控制模块50可以为单片机，单片机与伺服电机32、力传感器和激光位移传感器42通讯连接。

在本发明一个具体实施例中，动压主轴刚度测试系统100大体可以包括：受力模块10、固定模块20、施载模块30、测力模块70、位移测量模块40和控制模块50。

具体地，受力模块10设有动压主轴11，动压主轴11的外周套设有轴承12。所述固定模块20设在所述受力模块10的下方。其中，固定模块20包括：工作平台21和磁力底座22。伺服电机32设在工作平台21上。磁力底座22设在工作平台21的底部。

施载模块30设置于固定模块20上用于对轴承12施加载荷。施载模块30包括：螺旋传动机构31和伺服电机32。螺旋传动机构31的上端伸入卡槽内。伺服电机32设在固定模块20上且与控制模块50相连驱动螺旋传动机构31运动。

测力模块70设在所述施载模块30上用于检测所述施载模块30对所述轴承12施加载荷F。其中，测力模块70可以为力传感器。

位移测量模块40与动压主轴11相对设置用于测量动压主轴11的径向位移S。位移测量模块40可以包括：支撑架41和激光位移传感器42。支撑架41的一端设在工作平台21上，支撑架41的另一端向上延伸。激光位移传感器42设在支撑架41的另一端用于检测动压主轴11的径向位移。

控制模块50分别与施载模块30、测力模块70和位移测量模块40相连并接收测力模块70和位移测量模块40的输出信号计算动压主轴11的刚度K＝F/S。其中，控制模块50可以为单片机，单片机与伺服电机32、力传感器和激光位移传感器42通讯连接。单片机会将载荷和位移输出到显示器60，并计算得出动压主轴11的刚度。

在本发明的一个具体实施例中，参考图1和图2，固定轴承套13可以包括：第一卡箍131和第二卡箍132，第一卡箍131和第二卡箍132套设在轴承12外圈后，第一卡箍131和第二卡箍132的一端通过螺栓连接。由此，可以提高轴承12与动压主轴11之间的配合强度，提高动压主轴刚度测试系统测量的准确性。

参照图1和图2所示，动压主轴刚度测试系统100还可以包括：套筒15。套筒15设在第一卡箍131和第二卡箍132的另一端，套筒15分别与第一卡箍131和第二卡箍132通过螺钉连接，施载模块30对套筒15施加载荷。

其中，施载模块30可以通过螺栓固定在固定模块20上。将施载模块30安装固定在施载模块30之前，可以预先调整螺旋传动机构31与套筒15配合关系，使得螺旋传动机构31与套筒15间隙配合。由此，可以保证施载模块30的加载负荷集中作用于轴承12上，避免受到套筒15的干涉。

测力模块70设在螺旋传动机构31的上端。伺服电机32设在固定模块20上且与控制模块50相连驱动螺旋传动机构31运动。也就是说，控制模块50指示伺服电机32输出力矩，通过螺旋传动机构31对测力模块70和动压主轴11进行加载，从而可以通过测力模块70随时监控施加于轴承12上的载荷。

下面描述上述具体实施例的动压主轴刚度测试系统的测试方法。

第一步将受力模块、施载模块、测力模块和位移测量模块安装在适当的位置。

具体地，首先通过磁力底座将固定模块固定于机床合适位置，通过螺栓将施载模块固定在工作平台适当位置，可以适当移动工作平台在水平方向的位置使得螺旋传动机构的上端与卡槽间隙配合；接着将位移测量模块固定于工作平台上使得激光位移传感器与动压主轴相对设置；最后将动压主轴安装于轴承上。

第二步测量动压主轴在高转速和大力矩情况下的刚度。

首先通过单片机命令伺服电机输出力矩，通过螺旋传动机构控制轴承和力传感器进行加载；单片机连接接收力传感器的载荷信号和激光位移传感器的位移信号，当载荷达到指定要求时，单片机会将此时的载荷和位移输出到显示器，并计算得出动压主轴的刚度。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”“、底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种动压主轴刚度测试系统，其特征在于，包括：

受力模块，所述受力模块包括：

动压主轴，所述动压主轴的外周套设有轴承，所述轴承为滚动轴承；

固定轴承套，所述固定轴承套套设在所述轴承外圈，所述固定轴承套设有挂钩，所述挂钩用于为所述受力模块配置重量；

固定模块，所述固定模块设在所述受力模块的下方；

施载模块，所述施载模块设置于所述固定模块上用于对所述轴承施加载荷，所述施载模块包括：螺旋传动机构，所述螺旋传动机构的上端止抵在所述固定轴承套的底部；

测力模块，所述测力模块设在所述施载模块上用于测量所述施载模块对所述轴承施加载荷F；

位移测量模块，所述位移测量模块与所述动压主轴相对设置用于测量所述动压主轴的径向位移S；

控制模块，所述控制模块分别与所述施载模块、所述测力模块和所述位移测量模块相连并接收所述测力模块和所述位移测量模块的输出信号计算所述动压主轴的刚度K＝F/S。

2.根据权利要求1所述的动压主轴刚度测试系统，其特征在于，所述施载模块还包括：

伺服电机，所述伺服电机设在所述固定模块上且与所述控制模块相连驱动所述螺旋传动机构运动。

3.根据权利要求2所述的动压主轴刚度测试系统，其特征在于，所述固定模块包括：

工作平台，所述伺服电机设在所述工作平台上；

磁力底座，所述磁力底座设在所述工作平台的底部。

4.根据权利要求3所述的动压主轴刚度测试系统，其特征在于，所述位移测量模块包括：

支撑架，所述支撑架的一端设在所述工作平台上，所述支撑架的另一端向上延伸；

激光位移传感器，所述激光位移传感器设在所述支撑架的另一端用于检测所述动压主轴的径向位移。

5.根据权利要求3所述的动压主轴刚度测试系统，其特征在于，所述工作平台可移动地设在所述磁力底座上。

6.根据权利要求3所述的动压主轴刚度测试系统，其特征在于，所述施载模块通过螺栓固定在所述固定模块上。

7.根据权利要求4所述的动压主轴刚度测试系统，其特征在于，所述控制模块为单片机，所述单片机与所述伺服电机、力传感器和激光位移传感器通讯连接。

8.根据权利要求1所述的动压主轴刚度测试系统，其特征在于，所述固定轴承套包括：第一卡箍和第二卡箍，所述第一卡箍和所述第二卡箍套设在所述轴承外圈后，所述第一卡箍和所述第二卡箍的一端通过螺栓连接。

9.根据权利要求8所述的动压主轴刚度测试系统，其特征在于，还包括：套筒，所述套筒设在所述第一卡箍和所述第二卡箍的另一端，所述套筒分别与所述第一卡箍和所述第二卡箍通过螺钉连接，所述施载模块对所述套筒施加载荷。