[发明专利]一种高速电主轴切削力模拟加载及测试装置

说明书

技术领域

本发明属于检测设备技术领域，用于高速电主轴动态特性试验中模拟切削力负载的非接触电磁加载装置，涉及一种高速电主轴切削力模拟加载及测试装置。

背景技术

高速电主轴技术的发展和应用大大推动了加工制造业技术的革新，以电主轴为基础的高速机床可实现快速、高精度加工，满足加工制造业日趋激烈的竞争需要。高速电主轴的动态特性决定了机床加工速度、精度及可靠性能否达到要求，故通过高速电主轴负载时的动态特性试验，可对以上性能参数进行分析，以改进电主轴及机床的结构设计。高速电主轴负载时的动态特性试验需要有一套加载装置，以模拟高速电主轴的切削力负载，并对加载力进行测试，完成高速电主轴负载状态下的动态特性分析。

目前，高速电主轴动态特性试验中加载测试的主要方法为对拖式加载，即采用高速电主轴与测功机同轴连接的方法对高速电主轴进行加载。这种加载方法存在如下难以解决的问题：1)只能模拟高速电主轴的负载扭矩，不能模拟加工时刀具与工件接触点的切向力、径向力和轴向力；2)由于测功机加载时产生的热量很大及结构限制，加载时所能达到的最高转速不超过15000rpm，对于更高转速的电主轴无法采用测功机进行加载。故对于高速电主轴应采用非接触加载方式，实现高速电主轴切削力负载的模拟。

发明内容

本发明的目的是提供一种高速电主轴切削力模拟加载及测试装置，实现了高速电主轴动态特性分析试验中切削力负载的模拟。

本发明所采用的技术方案是，一种高速电主轴切削力模拟加载及测试装置，包括机械部分和电气控制部分，

1)所述的机械部分的结构是，

在工作台上设置有电主轴支座和一个径向电磁铁支架、一个切向电磁铁支架和一对轴向电磁铁支架，电主轴支座上设置有电主轴，电主轴与空心的铜杯底端连接，铜杯开口端设置有外沿；

径向电磁铁支架的端头伸进铜杯中，并安装有径向力加载电磁铁，径向力加载电磁铁上设置有竖直方向的直流励磁线圈①；

一对轴向电磁铁支架分布在铜杯开口外沿两侧，每个轴向电磁铁支架上安装有一个轴向力加载电磁铁，该对轴向力加载电磁铁对称分布在外沿两侧，每个轴向力加载电磁铁上安装有一水平的直流励磁线圈②；

切向电磁铁支架位于铜杯下方，切向电磁铁支架上安装有切向力加载电磁铁，切向力加载电磁铁安装有竖直方向的直流励磁线圈③；

径向力加载电磁铁与切向力加载电磁铁靠近铜杯的底端，径向力加载电磁铁的轴线与切向力加载电磁铁的轴线重合，且该轴线平行于铜杯的竖直直径线；铜杯外沿两侧的轴向力加载电磁铁的轴线重合，且该轴线平行于铜杯的轴线；

2)所述的电气控制部分结构是，

在径向电磁铁支架、切向电磁铁支架和一对轴向电磁铁支架上各设置有一单向拉压力传感器，单向拉压力传感器输出端与滤波放大电路、A/D转换器依次连接，A/D转换器输出端与加载控制器连接，加载控制器与工控机连接，加载控制器与单相可控硅整流电路连接，单相可控硅整流电路与整流变压器连接，

单相可控硅整流电路的主电路输出端分别与直流励磁线圈①、②和③同时连接；单相可控硅整流电路的控制电路部分由移相触发电路、隔离驱动电路依次连接组成，移相触发电路的输入端与加载控制器输出端连接。

本发明的有益效果是，通过采用非接触加载，有效地解决了高速电主轴负载试验时难以加载及加载力难以测试的问题，既能模拟主轴的径向切削力，又能模拟主轴的切向及轴向切削力；整体装置造价低、便于安装使用，测试方法简便、精度高，经济效益显著。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为图1中沿A-A视向剖面图；

图3为本发明装置中的部分电路连接示意图；

图4为本发明装置实施过程中的铜杯的受力示意图；

图5是本发明装置实施过程中的铜杯的受力侧视图。

图中，1.电主轴，2.铜杯，3.非晶态软磁合金涂层，4.斜通孔，5.径向力加载电磁铁，6.径向电磁铁支架，7.轴向力加载电磁铁，8.轴向电磁铁支架，9.切向力加载电磁铁，10.单向拉压力传感器，11.切向电磁铁支架，12.单相可控硅整流电路，13.加载控制器，14.A/D转换器，15.滤波放大电路，16.工作台，17.电主轴支座，18.整流变压器，19.移相触发电路，20.隔离驱动电路，21.续流电路，22.径向整流电路，23.轴向整流电路，24.切向整流电路，25.工控机，①、②和③为三个直流励磁线圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。