[发明专利]用于高速主轴单元多角度铣削力加载的机械装置

说明书

技术领域

本发明创造涉及切削力模拟试验领域，具体涉及一种用于高速主轴单元多角度铣削力加载的机械装置。

背景技术

主轴单元是数控机床的关键功能部件，对机床的加工性能具有重要的影响。主轴的载荷是指其在工作过程中出现的力和力矩；对主轴单元进行负载试验是控制产品质量、验证产品性能的重要手段。从主轴自身构成的角度看，力矩负载试验与主轴电机的性能联系更加紧密，而切削力的加载则偏重于主轴支撑结构、支撑轴承性能的考量。在试验或测试过程中，模拟加载的力、力矩通常是分别实现的。

当前的切削力模拟方法大体分为两类：接触式加载和非接触式加载。非接触式加载通常是通过电磁线圈来实现，这种方法的缺点主要是成本较高、容易产生电磁干扰。接触式加载方法主要包括两种途径：一是通过控制气缸或液压缸压力来实现；一是通过定力矩或数显力矩扳手控制顶丝的旋转力矩，间接换算出加载到主轴刀柄上的作用力。但这些方法无法避免的缺陷是仅仅能够做到单一方向的模拟即纯粹的径向力或轴向力，加载力的误差较大，并且没有考虑加载系统刚度对试验结果的影响，而加载系统的刚度不同也会对试验结果产生不同的影响。因此目前高速主轴力的测试存在的问题有：采用监测气缸或液压缸压力的方法没有考虑活塞与缸体的摩擦，或摩擦力的标定也存在不准确问题；采用扭矩扳手等间接控制加载力的手段，无法避免扳手自身误差与螺纹副摩擦等中间环节引入的误差；某些多向力传感器测试系统不但价格很高，而且应用条件限制较多；非接触式的检测手段需要在主轴刀柄上嵌入复杂的无线信号传输装置或光电设备，且价格昂贵。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明创造公开一种用于高速主轴单元多角度铣削力加载的机械装置，该装置通过设有主轴单元、力传动机构和力加载机构，不仅经济可行地解决了主轴试验切削力的测试，还同时解决了径向与轴向同时受加载具有合力方向时加载力测量不准确的难题，避免了力加载机构的刚度不同对试验结果产生的不同影响。使得一种装置即可模拟主轴单元的各种工作状况，达到省时省力，节能高效。

本发明创造用于高速主轴单元多角度铣削力加载的机械装置所采用的技术方案为：

用于高速主轴单元多角度铣削力加载的机械装置，包括：与主轴单元连接的刀轴，设置在刀轴上的轴承座，固设在轴承座两侧的加力球，力传动机构和力加载机构，所述力传动机构，包括设置在直线导轨-滑块上且具有同轴孔的加力座，设置在加力座一端的U型架及设置在U型架一端的加力斜面，U型架的心轴与加力座的同轴孔配合，加力球置于加力斜面上；所述力加载机构与加力座连接，包括差动丝杆微进给机构和/或气缸加载机构。

所述的用于高速主轴单元多角度铣削力加载的机械装置，还包括环形压力传感器，所述环形压力传感器设置在加力座与U型架之间的心轴上。

所述的用于高速主轴单元多角度铣削力加载的机械装置，所述加力斜面中斜面与水平面的角度为α，0°≤α≤90°。

所述的用于高速主轴单元多角度铣削力加载的机械装置，所述U型架的一端部和内部分别设有螺纹通孔，加力斜面与U型架连接的一端设有与U型架内部螺纹通孔相匹配的螺纹凹孔，拉紧螺钉置于螺纹凹孔和U型架内部螺纹通孔中，加力斜面通过拉紧螺钉和置于U型架一端部螺纹通孔中的锁紧螺钉固接在U型架上。

所述的用于高速主轴单元多角度铣削力加载的机械装置，所述差动丝杆微进给机构包括差动支架，差动丝杆从首端至末端依次设有固定螺母和进给螺母，固定螺母固接在差动支架上，进给螺母的尾端设有螺杆和螺母，联接角板设置在螺杆上并与加力座连接。

所述的用于高速主轴单元多角度铣削力加载的机械装置，所述差动丝杆具有两段不同的螺距P₁、P₂，螺距P₁与固定螺母配合，螺距P₂与进给螺母配合，螺距P₂大于螺距P₁。

所述的用于高速主轴单元多角度铣削力加载的机械装置，所述差动丝杆的首端设有指针和刻度盘，刻度盘上设有等分刻线。

所述的用于高速主轴单元多角度铣削力加载的机械装置，所述气缸加载机构包括设置在气缸安装座上的气缸，伸出气缸外部的气缸杆，气缸杆通过连接机构与加力座的另一端连接。

所述的用于高速主轴单元多角度铣削力加载的机械装置，所述连接机构包括设置在气缸杆端部并通过丝母锁紧的螺纹套，与螺纹套配合并通过螺钉Ⅱ把合的顶套，螺钉Ⅰ依次穿过垫圈Ⅱ、螺纹套、顶套和垫圈Ⅰ，与加力座的另一端连接，垫圈Ⅰ与垫圈Ⅱ之间设有弹簧。