[发明专利]一种高速旋转轴系动态轴向加载刚度测试方法及装置

说明书

本发明公开了一种高速旋转轴系动态轴向加载刚度测试方法及装置，方法包括向电磁绕组输出驱动电流，记录驱动电流以及位移传感器输出的轴向位移，确定旋转主轴的轴向位移、给旋转主轴施加的轴向磁吸力，计算给旋转主轴施加的轴向磁吸力、旋转主轴的轴向位移之间的比值作为第一动刚度和/或计算前述两者的傅里叶变换结果之间的比值作为第二动刚度；装置包括定子固定座和转子夹具，定子固定座上设有容置孔、位移传感器以及相对转子夹具对称布置的两个电磁绕组单元，转子夹具布置于容置孔中，转子夹具的外壁上设有转盘，转盘布置于两个电磁绕组单元之间。本发明具有测量精度高、适用性强、测量方便、能耗低、能实现稳定线性加载的优点。

技术领域

本发明涉及高速机床主轴、高速电主轴和高速电机的动刚度测试技术，具体涉及一种高速旋转轴系动态轴向加载刚度测试方法及装置，用于完成高速电主轴和高速电机的轴向非接触加载及动刚度测试。

背景技术

高速机床主轴是现代机床的核心功能部件，其作用是带动刀具(砂轮)或工件旋转，实现高速精密加工。随着现代工业对机床加工精度和加工效率要求的不断提高，机床对主轴性能的要求也越来越高。刚度是衡量高速机床主轴性能的重要指标之一。主轴刚度包括静止状态下的静刚度和高速运转时的动刚度。目前工程上可行且被广泛采用的刚度检测方法是静刚度测试方法。但是静刚度无法真实反映主轴在高速运转时承受切削载荷条件下抵抗变形的能力，只有动刚度才能科学反映主轴的动态承载特性。而目前工程上的采用的动刚度测试方法由于存在各种各样的局限，很难推广使用。

目前工程上动刚度测试方法有：

1、非接触气浮轴承加载式测量装置，其优点在于，与主轴无接触，利于在高速旋转状态下加载。其缺点在于：a.气浮轴承的刚度较小，加载力有限；b.气浮加载式测量装置占用空间也大，受主轴伸出端空间的制约；c.加载过程中很难始终保持气浮状态，气膜的厚度只有微米量级，加载过程中，容易因为加载偏置发生气膜轴承与主轴被测面的碰磨事故。

2、非接触液体悬浮加载式测量装置，其加载能力高于气浮加载，但是结构复杂，容易发生液体泄漏，受加载空间的制约，仅对特定的试验主轴适用。

3、“皮带式”接触测量装置，其优点是容易操作，对主轴空间无特殊要求。其不足是“皮带”与主轴直接摩擦，发热严重且易磨损，不适用于主轴高速时使用。

4、挂重物加载测量装置，即在轴伸端套装滚动轴承，在滚动轴承上挂重物。该方法的不足之处在于：(1)只能测量垂直方向的刚度；(2)主轴尺寸较大时，轴承尺寸大，受振动限制，只适宜于主轴转速较低情况下使用。

5、滚动轴承式加载测量装置，即直接用滚动轴承外圆作用于主轴悬伸端的外圆。该方法的不足之处在于：(1)加载轴承随主轴高速旋转，噪音大，振动大，加载轴承容易发热并损坏；(2)轴承与主轴外圆是光滑法向接触，加载接触点的位置容易发生偏移，导致测试结果不准确。

6、单向电磁加载式测量装置，其不足之处在于，(1)电磁力与轴颈位移成非线性关系，难于准确标定，测试结果容易发生误差；(2)被测表面不导磁时，测量方法不适用；(3)轴承与主轴外圆是光滑法向接触，加载接触点的位置容易发生偏移，导致测试结果不准确；(4)当磁轴承定子与转子表面距离较近时，由于电磁吸力迅速增加，很容易发生粘连，在主轴高速旋转的状态下，很容易发生摩擦发热烧毁甚至安全事故。

发明内容

本发明要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种测量精度高、适用性强、测量方便、能耗低、能实现稳定线性加载的高速旋转轴系动态轴向加载刚度测试方法及装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明提供一种高速旋转轴系动态轴向加载刚度测试方法，实施步骤包括：