[发明专利]一种主轴轴向静刚度测试方法及控制系统

权利要求书

1.一种主轴轴向静刚度测试控制系统，其特征在于，包括数据采集处理系统、运动控制系统、加载卸 载执行单元和人机交互界面。所述数据采集系统包括压力传感器、电涡流位移传感器、NI数据采集卡、计 算机；所述运动控制系统包括NI运动控制卡、伺服驱动器、伺服电机；所述加载卸载执行单元包括锁紧 杆套环、锁紧杆，所述锁紧杆通过螺纹副与所述锁紧杆套环连接。所述计算机中设有基于LabVIEW编制的 数据采集、处理程序、运动控制程序和人机交互界面，以实现数据的采集、运算、分析、处理、显示、存 储和对加载卸载执行单元的控制。

2.根据权利要求1所述的一种主轴轴向静刚度测试控制系统，其特征在于，所述数据采集程序通过所 述NI数据采集卡按照所述人机交互界面设置的力加载卸载步长采集所述电涡流位移传感器的位移信息和 所述压力传感器的力信息。

3.根据权利要求1所述的一种主轴轴向静刚度测试控制系统，其特征在于，所述数据处理程序是计算 机按照最小二乘法原理将所述电涡流位移传感器的位移信息和所述压力传感器的力信息进行拟合处理。

4.根据权利要求1所述的一种主轴轴向静刚度测试控制系统，其特征在于，所述运动控制程序按照人 机交互界面设置的力加载卸载步长对NI运动控制卡发出指令，通过伺服驱动器驱动伺服电机对执行单元 进行加载或者卸载，并将压力传感器中测得的压力值反馈给运动控制程序。

5.根据权利要求1所述的一种主轴轴向静刚度测试控制系统，其特征在于，所述人机交互界面可显示 加载力-位移静刚度曲线和卸载力-位移静刚度曲线，所述人机交互界面可设置加载卸载执行单元最大加载 力、加载力加载和卸载的步长、加载速度。

6.根据权利要求1所述的一种主轴轴向静刚度测试控制系统，其特征在于，所述伺服电机通过旋转锁 紧杆而将加载或者卸载力传递给压力传感器并最终传递给主轴单元。

7.权利要求1-6任一项所述的一种主轴轴向静刚度测试控制系统的使用方法，包括以下步骤：

(1)在人机界面上设置最大加载力，加载力加载和卸载步长、加载速度；

(2)根据主轴的直径调节锁紧杆套环、锁紧杆、力传感器组件、位移传感器与主轴单元转子的相对 位置；

(3)计算机向NI运动控制卡和NI数据采集卡发出控制信号；

(4)NI运动控制卡通过伺服驱动器驱动伺服电机旋转锁紧杆，向主轴转子施加轴向载荷，同时NI数 据采集卡采集压力传感器测得的载荷值并反馈给计算机，当压力传感器测得的载荷值等于单位步长时，停 止加载并保持一段时间，待压力传感器测得的载荷值稳定后NI数据采集卡采集电涡流位移传感器测得的 位移值。将压力传感器测得的稳定载荷值和电涡流位移传感器测得的位移值存储到计算机，并开始下一步 长的操作，直至加载到最大加载力；

(5)计算机将采集到的数据进行如下处理：

a=nΣi=1nxiyi-(Σi=1nxi)(Σi=1nyi)nΣi=1nxi2-(Σi=1nxi)2]]>b=(Σi=1nxi2)(Σi=1nyi2)-(Σi=1nxi)(Σi=1nxiyi)nΣi=1nxi2-(Σi=1nxi)2]]>

y_i＝ax_i-b即为主轴的轴向加载静刚度表达式，通过人机交互界面显示拟合曲线，曲线斜率即为主轴轴 向加载静刚度值，

其中：n为加载步数；

x_i为第i步电涡流位移传感器测得的位移值；

y_i为第i步压力传感器测得的稳定载荷值。

(6)加载力的卸载同加载原理相同，可根据实际需要进行卸载操作并得出主轴的轴向卸载刚度曲线。