[发明专利]一种机床主轴热误差测试装置及其方法

说明书

本发明涉及一种机床主轴热误差测试装置及其方法，该装置包括对电主轴施加径向力载荷的模块、扭矩加载模块以及辅助测量装置模块；本发明的技术方案是利用磁粉制动器作为电主轴的扭矩加载模块，利用主轴本身与装有内置弹簧的拉杆以及拉力传感器作为电主轴径向力加载模块，从而形成了同时对电主轴施加扭矩载荷和径向载荷的实验装置，实验中可对电主轴施加不同的扭矩和径向力，利用温度传感器、电涡流位移传感器以及碳纤维架作为辅助测量模块分离出主轴的热误差；采用该装置能够模拟电主轴的实际载荷情况，分离出主轴箱、立柱热误差以及主轴本体热误差，从而进行准确地电主轴热分析，对精密机床的热误差补偿具有指导性的意义。

技术领域

本发明属于精密数控加工中心技术领域，涉及一种电主轴热误差测试实验装置与方法，尤其是一种主轴热误差测试装置方法。

背景技术

电主轴从结构上将机床主轴与主轴电机结合为整体，精密电主轴在航空航天、汽车、船舶、精密模具、精密机械等需要高档加工母机的尖端产品制造领域中，具有十分重要的作用。大量的研究已经证实，数控机床总加工误差的40％-70％为热误差，而且，精度越高的机床，其热误差在总加工误差所占比例越大。电主轴作为高档数控机床的核心功能部件，其热变形对机床加工精度具有重要影响。然而，以往的实验研究中，电主轴的工作状态一般为空载，并不能直接反映电主轴在实际工况下由工件通过刀具传给主轴的载荷所引起的热态特性，机床在实际加工过程中，会受到轴向力载荷、径向力载荷以及扭矩载荷的作用，在带有负载状态下主轴末端的热变形会与空载时有所区别，因此充分考虑载荷作用对电主轴带来的影响并对其进行热特性试验，分离出主轴箱、立柱热误差以及主轴本体热误差，为进行准确地电主轴热分析和评估提供了实验依据，对精密机床的热误差补偿具有指导性的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟载荷作用下机床结构-主轴热误差测试装置与方法，该装置利用磁粉制动器作为主轴的扭矩加载模块，利用电主轴本身与装有内置弹簧的拉杆以及拉力传感器作为电主轴径向力加载模块，利用温度传感器与电涡流位移传感器作为辅助测量模块，从而形成了同时对电主轴实际扭矩载荷和径向载荷的实验装置，模拟电主轴的实际载荷情况，分离出主轴箱、立柱热误差以及主轴本体热误差，为进行准确地电主轴热分析和评估提供了实验依据。

所述的扭矩加载装置包括磁粉制动器、扭矩传感器、联轴器、底板以及支架。

其中，所述的磁粉制动器为电主轴提供扭矩负载，制动功率可通过调节输入电流的大小来调节，利用磁粉制动器能够控制输出不同大小的扭矩。

其中，所述扭矩传感器右端与电主轴连接，左端与磁粉制动器连接，左右两端的短轴因受到扭矩作用而引起相对的扭转变形，从而能够测量电主轴输出扭矩。扭矩传感器输出的电流信号转换为电压信号后，NI信号采集系统能够采集到扭矩的数据并在上位机上显示。电主轴、扭矩传感器、磁粉制动器之间使用联轴器进行传动。

其中，所述联轴器选用梅花弹性联轴器，能够允许电主轴的轴线与负载的轴线有微小的同轴度安装偏差。为减小磁粉制动器传递到扭矩传感器上面的热量，需要在梅花弹性联轴器中间的联轴器上加装橡胶垫。

所述的径向力加载装置由固定架、力传感器、拉杆、双列滚子调心轴承、轴承座以及盖板组成。

其中，所述的拉力装置主要部件拉压力传感器，能够测量拉力和压力，该传感器以弹性体为中介，通过力作用于传感器两边的电阻应变片使它的阻值发生变化，再经过相应的电路转换为电的信号，从而实现后面的控制。