[发明专利]一种机械主轴系统热分析综合测试实验装置

说明书

技术领域

本发明属于机械制造技术领域，特别涉及一种机械主轴系统热分析综合测试实验装置。

背景技术

机床又称为“工作母机”，是机加工的基础设备。机床产业是一个国家发展的基础产业，一个国家的机床行业发展水平在一定程度上标志着一个国家工业化程度的高低。高档数控机床更是国家战略层面的基础制造装备。随着机床行业的逐步升级，人们对机床的加工精度及精度保持性提出了更高的要求。在机床的总误差中，热误差占有很大的比例。国外的研究学者认为，热变形引起的制造误差约占总制造误差的40%-70%。

主轴作为机床的加工执行部件，是机床最重要的组成部分。其在运转过程中所产生的温度场及变形场直接影响着机床的加工精度。机械主轴是目前而言最为常用的主轴类型之一，如何能准确模拟机械主轴在工作中的运行状态并准确的测量温度及热变形情况有着重要的意义。

主轴转速、外部载荷、轴承预紧方式、预紧力大小等都是研究机械主轴中热现象的关键因素。其中，如何能够在一个实验平台上实现轴承定位预紧形式与定压预紧形式的变换，如何能够准确的模拟外部载荷实现轴向载荷及旋转径向载荷施加等都是该类实验平台中设计的难点。除此之外，实验平台需要实现对机械主轴中的关键点进行温度测量、热变形测量以及对轴承预紧力的精确测量。目前，尚没有实验平台能够综合全面的考虑这些因素并完成测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械主轴系统热分析综合测试实验装置，其特征在于所述的实验装置包括机械主轴主体结构、切削载荷模拟加载机构及测量系统；

所述的机械主轴主体结构是在底板1上装有电机支撑座2，伺服电机3固定在电机支撑座2上，伺服电机3通过联轴器4与机械主轴5相连，并带动机械主轴5实现旋转运动；机械主轴5上安装有后支撑轴承6与前支撑轴承7；后轴承6与前轴承7分别用前轴套8与后轴套9固定各轴承的外圈，前轴套8与后轴套9上贴有应变片10与11。其中前轴套8与可移动轴套12接触，可移动轴套12与箱体13间形成液压缸14，实现轴承预紧力的定量控制；螺钉15沿圆周方向布置6个，用以实现轴承定位预紧与定压预紧的变换；调节螺栓16与螺母17实现箱体固定，其中螺母17位于主轴支撑座19的T型槽18中,实现导向，可以通过拧紧前端或后端的主轴支撑座19上调节螺栓16来决定机械主轴箱的热膨胀方向。

所述模拟加载机构是在底板1上装有伺服电机20，通过传动带21带动旋转构件22旋转，旋转构件22与构件23由螺钉锁紧一起旋转；所述旋转构件22通过螺钉与圆盘24固接。圆盘24与径向推力构件25形成径向第一液压缸26，通过液压推力作用实现旋转径向力的加载；轴套27与构件23通过螺栓固定，推力部件28与轴套27固接；轴套27、推力部件28、旋转构件22间形成第二液压缸29，实现轴向力的施加；精密测试棒30及其固接构件31分别由深沟球轴承32与推力轴承33支撑；精密测试棒30与机械主轴5卡紧，旋转构件22由轴承34与加载机构箱体35连接。

所述测量系统可分为三部分：分别为温度测量装置、热变形测量装置及轴承预紧力测量装置。

所述温度测量装置：在主轴箱箱体13表面布有第一贴片式温度传感器36及第二贴片式温度传感器42；在箱体表面打孔并插入第一温度传感器37测量机械主轴箱内温度；前轴承7的外圈温度由接触式温度传感器38测量，在圆周方向安装有多个同类型传感器，类似还有后轴承6外圈温度测量的第二温度传感器44；前轴承处旋转主轴温度测量由非接触式的红外温度传感器37完成。

所述位移测量装置：其中位移传感器支架40通过紧固螺栓41与机械主轴箱后法兰盘45相连；位移传感器43通过螺母与位移传感器支架40相连，可以用来测定箱体13相对可移动轴套12间的位移情况，可移动轴套（12）相对箱体位移通过构件（46）引出。其中前端的热漂移情况可由支架固定的位移传感器测定精密测试棒30的轴向及径向变形情况。

所述轴承预紧力的测量装置：前轴套8与后轴套9内表面沿轴向贴有应变片，用于测量轴套沿轴向的应变情况，从而间接得到轴承的预紧力；后轴套9上有通孔以方便应变片引线，前轴套8上的应变片引线通过后轴套9的内表面沟槽引出。