[发明专利]高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置及其测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速轴加载动态测试装置，是一种高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置及其测试方法。

背景技术

随着科学技术的高速发展，对高速传动及加工技术也提出了更高的要求，对高速主轴的性能要求也日益提高，特别是在高速加工技术领域，高速主轴的动态性能已成为高速加工的核心技术。而当前国内对高速主轴性能的研究主要集中在高速主轴的结构与高速主轴轴承的改进、高速电机与传动机构对主轴箱体的振动和提高轴承刚度的研究上。对高速加工精度最直接、最重要的影响因素：即高速旋转主轴在机、电、磁强耦合行为下的动态性能，由于缺乏相关的动态测试设备和仪器，一直很少有人涉及且进展不大。相对于普通的机床主轴，因其主轴转速比较低，采用传统的接触式加载测量足以满足主轴的动态性能测试要求，但对高速主轴这种复杂的机、电、磁强耦合系统，传统的接触式加载测试已经无法适应。这是因为主轴在高速运转状态下，采用传统的机械加载不仅控制与测试难度大，而且为了防止主轴高速运转产生的大量摩擦热和机械磨损，不得不额外引入复杂的冷却与润滑系统。即便如此，也很难做到无损加载，从而使得测试精度降低，控制难度加大，所引入的润滑系统给环境和测试仪器都带来了严重的污染。

因此，需要发明一种新型的高速主轴加载动态测试装置，可连续稳定加载和实时测量，在能够保证测试精度的同时，又能避免摩擦生热与机械磨损，以及因冷却和润滑导致的环境污染。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置及其测试方法，采用磁力实现强度大的非接触式加载，可连续稳定加载和实时测量，测量精度高，能够避免摩擦生热与机械磨损，以及因冷却和润滑导致的环境污染。

本发明的高速主轴非接触式磁力耦合动态测试装置，包括基座、高速主轴、加载系统和控制系统；

加载系统包括与高速主轴同轴固定连接的绝缘测试棒，所述绝缘测试棒外圆周固定设置导磁圆环，端部固定设置导磁块，在绝缘测试棒的径向外侧与导磁块对应设置电磁铁I，在绝缘测试棒端面外侧与导磁块对应设置电磁铁II，电磁铁I设置力传感器I，电磁铁II设置力传感器II，用于采集电磁铁I和电磁铁II的受力状态信号；与导磁圆环和导磁块对应设置位移传感器II和位移传感器I，分别用于采集导磁圆环的轴向位移和导磁块的径向位移信号；

控制系统包括工控机、A/D转换器和D/A转换器，所述A/D转换器信号输出端与工控机信号输入端相连，D/A转换器信号输入端与工控机控制信号输出端相连；D/A转换器信号输出端分别连接高速主轴的驱动系统以及电磁铁I和电磁铁II的电源；A/D转换器的信号输入端分别连接力传感器I、力传感器II、位移传感器I和位移传感器II。

进一步，所述导磁块分为固定设置在绝缘测试棒端面的导磁圆盘和固定套在绝缘测试棒外圆周的导磁环I，位移传感器I设置在导磁环I的径向外侧，位移传感器II设置在导磁圆环轴向侧面；

所述电磁铁I与位移传感器I设置于导磁环I径向相对的两侧；电磁铁II与导磁圆盘对应设置；

进一步，绝缘测试棒外圆周与导磁环I和导磁圆环并列固定设置导磁环II，所述导磁环II径向外侧设置位移传感器III和位移传感器IV，导磁环I径向外侧还设置位移传感器V，所述移传感器III和位移传感器IV之间以及位移传感器I和位移传感器V之间在圆周方向上的距离为1/4圆弧；所述位移传感器III、位移传感器IV和位移传感器V分别与A/D转换器的信号输入端连接；

进一步，所述导磁圆盘为槽状，扣合在绝缘测试棒端面；所述槽状导磁圆盘径向外侧设置位移传感器VI与位移传感器VII，所述位移传感器VI和位移传感器VII之间在圆周方向上的距离为1/4圆弧；所述位移传感器VI和位移传感器VII分别与A/D转换器的信号输入端连接；

进一步，还包括支架，所述电磁铁I、电磁铁II、力传感器I、力传感器II、位移传感器I、位移传感器II、位移传感器III、位移传感器IV、位移传感器V、位移传感器VI和位移传感器VII设置在支架上；

进一步，还包括导轨，所述支架以可轴向移动的方式设置在导轨上，支架上设置可相对支架轴向移动的横臂梁；

进一步，所述位移传感器I和位移传感器VI的功能可通过设置一个位移传感器根据测试项目沿导轨移动支架和沿支架移动横臂梁完成；位移传感器II和位移传感器III的功能可通过设置一个位移传感器根据测试项目移动导轨以及拆装位移传感器完成；位移传感器V和位移传感器VII的功能可通过设置一个位移传感器根据测试项目移动导轨完成。