[发明专利]高速精密主轴预紧力试验装置及其使用方法

说明书

本发明公开了一种高速精密主轴预紧力试验装置及其使用方法，在基座的两端分别设置有前套筒和后套筒，转子通过轴承安装在前套筒和后套筒中；所述前套筒与基座固定，所述后套筒通过导向销滑动设置在基座上；在前套筒和后套筒之间的基座上设置有压电作动器支架，在作动器支架上沿转子圆周均布有多个与转子相平行的用于推动后套筒的压电作动器。本发明可测量试验台静态时预紧力、后套筒的预紧位移和转子的预紧位移，得出静态下预紧力和预紧位移的相互关系。还可以测量试验台运转时的预紧力、后套筒的预紧位移、转子的预紧位移、轴承的温度、前套筒和后套筒的振动，以便研究转子运动状态下以上各参数之间的关系。可适用于高速精密数控机床主轴单元。

技术领域

本发明涉及高速精密主轴预紧力控制领域，特别是涉及一种高速精密主轴预紧力试验装置及其使用方法。

背景技术

主轴是机床的核心功能部件，其性能直接影响到机床整机的性能。高速精密主轴轴承的预紧是影响主轴刚度、精度和可靠性的最主要因素。高速精密轴承对预紧力的变化极其敏感。因此在主轴加工过程中根据主轴的转速、温升、负载和初始装配等工况对预紧力实施智能控制，从而实现主轴在包含低速大转矩和高速大功率整个转速范围内的动态、热态特性全局兼优。如何通过定量化的方法确定主轴在包含低速大转矩和高速大功率整个转速范围内的动态、热态特性全局兼优的最佳预紧力，并从动力学、热力学角度对预紧力实施智能控制具有重要的指导意义！

目前，国内外已有很多关于主轴预紧力的控制装置，但是已有的控制装置只是基于预紧力的闭环控制或者预紧位移的闭环控制，不能揭示预紧力-主轴热特性-主轴动态特性的相互关系，并根据预紧力-主轴热特性-主轴动态特性的相互关系对预紧力进行智能控制。因此，根据特殊工况或者预紧力的要求，开发同时具有定位预紧、定压预紧、可变预紧、主轴轴承冷却与温度监控的预紧力智能控制试验台显得尤为迫切。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种高速精密主轴预紧力试验装置及其使用方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种高速精密主轴预紧力试验装置，在基座(1)的两端分别设置有前套筒(4)和后套筒(14)，转子(2)通过轴承安装在前套筒和后套筒中；

所述前套筒与基座固定，所述后套筒通过导向销滑动设置在基座上；

在前套筒和后套筒之间的基座上设置有压电作动器支架(9)，在作动器支架上沿转子圆周均布有多个与转子相平行的用于推动后套筒的压电作动器(38)，所述压电作动器滑动设置在压电作动器支架的光孔中，压电作动器的与后套筒相对的一端固定有力传感器(39)，压电作动器的另一端与嵌设在作动器支架上的预紧力调节螺栓(36)连接；

在前套筒和后套筒的外筒壁上沿其圆周设置有冷却水道；

在前套筒和后套筒中均嵌入设置有温度传感器，用于检测轴承的工作温度；

在前套筒和后套筒中均嵌入设置有振动传感器，用于检测转子旋转时的径向振动信号；

在后套筒上设置后套筒位移传感器(30)，用于监测后套筒的轴向位移；

在基座上设有用于监测转子轴向位移的转子位移传感器(28)；

在基座上设有用于监测转子转速的编码器(26)。

在上述技术方案中，所述前套筒通过螺栓连接固定于所述基座上，前套筒内设置有轴承Ⅰ和轴承Ⅱ以安装转子，通过第一锁紧螺母将轴承Ⅰ和轴承Ⅱ轴向锁紧在转子上；前套筒的两端分别安装有定位端盖(35)和前端盖(3)，所述定位端盖通过螺栓连接固定于前套筒的内端，所述前端盖通过螺纹固定在前套筒的外端，用于压紧轴承外圈。进一步的，前套筒内嵌入设置有轴承Ⅰ温度传感器(22)和轴承Ⅱ温度传感器(27)，所述轴承Ⅰ温度传感器的探头位于轴承Ⅰ附近，用于检测轴承Ⅰ的工作温度，所述轴承Ⅱ温度传感器的探头位于轴承Ⅱ附近，用于检测轴承Ⅱ的工作温度。