[发明专利]高速电主轴非接触加载力及扭矩测试装置及测试方法

说明书

技术领域

本发明属于检测设备技术领域，涉及一种高速电主轴非接触加载力及扭矩测试装置，本发明还涉及一种利用该装置进行加载力及扭矩的测试方法。

背景技术

以高速电主轴为核心的高速机床已广泛用于加工制造业，大大提高了数控机床的加工速度和精度。为保证高速数控机床加工精度和可靠性，需要完成高速电主轴负载时的性能分析试验，以研究、改进高速电主轴结构设计，优化相关设计参数；性能分析试验主要有可靠性试验和动态特性分析试验，性能分析试验需要解决高速电主轴加载及加载量检测问题，以检测的加载力力及扭矩为电主轴系统的输入，完成电主轴系统的可靠性及动态特性分析。目前，高速电主轴力、扭矩测试存在的问题有：(1)传统主轴加载只能通过测功机实现扭矩加载，测试的主要参数为扭矩，较少涉及加载力，相关加载力测试方法的研究较少，而高速电主轴加工过程中主轴切削力的检测需使用昂贵的多向力传感器，故此测试方法不宜用于高速电主轴特性分析试验中加载力的检测；(2)接触式扭矩测试有采用电阻应变片检测扭矩时传感器输出引线需经滑环导出，磨损太大，采用与高速电主轴同轴连接的扭矩传感器检测扭矩时，无法保证同轴度，采用多向力传感器检测扭矩时，测试成本过高等问题；(3)非接触式扭矩检测必须在主轴上增加复杂的无线信号传输装置或光电设备，会使高速电主轴出现不平衡，甚至改变了主轴的运动状态，而基于特殊扭矩敏感材料的非接触扭矩检测装置成熟产品不多，测试设备机械结构复杂，体积较大，材料较难获得，相关技术有待完善等问题；以上存在的问题说明高速电主轴加载力及扭矩的检测需要采用非接触式测试方法，而现有的力、扭矩测试方法均不宜用于高速电主轴性能分析试验中加载量的检测。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速电主轴非接触加载力及扭矩测试装置，解决了现有技术中高速电主轴加载力及扭矩测试需要复杂测试设备、成本过高等问题。

本发明的另一目的是提供一种利用上述装置进行加载力及扭矩的测试方法。

本发明所采用的技术方案是，一种高速电主轴非接触加载力及扭矩测试装置，在工作台上设置有固定座和整体支架，固定座通过四个拉压力传感器安装在工作台上，四个拉压力传感器分布在固定座下表面的四角，固定座上表面固定有支撑座，支撑座上设置有电主轴，电主轴的一个轴端套装有加载圆盘，加载圆盘与整体支架位于同一竖直面内；四个拉压力传感器同时与滤波放大电路连接，滤波放大电路与数据采集板卡连接，数据采集板卡与工控机连接，工控机与显示、打印及键盘输入设备连接。

本发明所采用的另一技术方案是，一种高速电主轴非接触加载力及扭矩测试方法，该方法利用一种非接触加载装置，其结构是，在工作台上设置有固定座和整体支架，固定座通过四个拉压力传感器安装在工作台上，四个拉压力传感器分布在固定座下表面的四角，固定座上表面固定有支撑座，支撑座上设置有电主轴，电主轴的一个轴端套装有加载圆盘，加载圆盘与整体支架位于同一竖直面内；四个拉压力传感器同时与滤波放大电路连接，滤波放大电路与数据采集板卡连接，数据采集板卡接入到工控机的PCI插槽中，工控机与显示、打印及键盘输入设备连接；

所述的整体支架环绕加载圆盘设置，在整体支架下部，在加载圆盘竖直方向下方安装有径向力加载电磁铁，径向力加载电磁铁为U形电磁铁，两端分别缠绕有直流励磁线圈；加载圆盘轴心水平两侧的整体支架上对称安装有左扭矩加载电磁铁和右扭矩加载电磁铁，该两组电磁铁均为直铁芯，分别绕有直流励磁线圈，直流励磁线圈的轴线与加载圆盘的水平直径线为同一条直线，

本方法利用上述装置，按照以下步骤实施，

步骤1)非接触加载装置未接通电源时，根据拉压力传感器的检测值得到电主轴、固定底座、支撑座及加载圆盘的静态重量值，在非接触加载装置接通电源后，拉压力传感器的检测值需减去上述几部分的静态重量值，才能用于进行后续的计算处理；

步骤2)接通电主轴的变频器电源，并接通左扭矩加载电磁铁和右扭矩加载电磁铁的直流励磁电源，左扭矩加载电磁铁和右扭矩加载电磁铁产生的磁场与旋转的加载圆盘相互作用形成加载扭矩M，根据拉压力传感器检测的拉、压力值，对静态重量值修正后经过数据处理，即得到加载扭矩M的测试值，实现加载扭矩M的检测；

步骤3)接通电主轴的变频器电源，并接通径向力加载电磁铁的直流励磁电源，径向力加载电磁铁产生的磁场与导磁的加载圆盘相互作用形成竖直方向径向加载力F，根据拉压力传感器检测的拉、压力值，对静态重量值修正后经过数据处理，即得到径向加载力F的测试值，实现径向加载力F的检测；