專利名稱：由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及ー種機床主軸的試驗裝置，更確切地說，本實用新型涉及ー種通過電液伺服和測功機實現對機床主軸進行動、靜態(tài)切削力及切削扭矩混合動態(tài)加載的機床主軸可靠性試驗臺。
背景技術：
數控機床是實現エ業(yè)現代化的重要基石，其質量、性能和擁有量已經成為衡量一個國家エ業(yè)化水平以及綜合國力的重要標志。數控機床雖然已經經過了近半個世紀的發(fā)展，但是其可靠性問題一直是人們重視且不懈努力想要解決的關鍵問題。可靠性問題是制約數控機床快速、高效發(fā)展的重要問題，提高可靠性是提高數控機床整機性能和技術的關鍵。國產數控機床可靠性水平偏低的主要原因之一是其關鍵功能部件的可靠性水平較低，因此研究數控機床關鍵功能部件可靠性試驗裝置具有重要的實際意義。機床主軸作為數控機床的關鍵功能部件之一，其自身的可靠性水平對整機的可靠性水平有重要的影響。目前國內有一些功能簡單的主軸可靠性試驗裝置，只能對被測主軸進行空運轉測試或簡單的加載試驗，且試驗模擬的工作狀況與真實エ況有很大差距。為了最大可能的模擬機床主軸的實際エ況，本實用新型提供了一套能同時對機床主軸進行動、靜態(tài)切削力和切削扭矩加載的可靠性試驗臺。
發(fā)明內容本實用新型所要解決的技術問題是目前機床主軸可靠性試驗裝置不能真實模擬動、靜態(tài)切削力及切削扭矩加載，本實用新型提供了一種由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺，實現對機床主軸進行動、靜態(tài)切削力及切削扭矩混合動態(tài)加載，本實用新型提供的測功機包括電カ測功機、電渦流測功機等各種類型的測功機。為解決上述技術問題，本實用新型是采用如下的技術方案來實現，結合附圖說明如下本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺，主要由機床主軸支撐部分、扭矩加載部分和切削カ加載部分組成,所述主軸支撐部分由主軸箱墊板14和墊鐵組合15組成，所述主軸箱墊板14為板類結構件，所述墊鐵組合15為四套相同規(guī)格的數控銑床墊鐵，主軸箱墊板14通過螺栓和T形螺母固定在地平鐵I上，同時壓緊安裝在主軸箱墊板14下平面數控銑床墊鐵上；所述的扭矩加載部分由加同軸裝配的載棒12、弾性膜片聯軸器9和測功機8組成，所述加載棒12為階梯軸，其大端裝卡在主軸箱的三爪卡盤上，小端與弾性膜片聯軸器9的一端鍵連接，所述測功機8的輸出軸與弾性膜片聯軸器9的另一端鍵連接，測功機8安裝在移動平臺7上，移動平臺7固定在移動平臺底座6上，移動平臺7的移動方向與機床主軸軸線方向平行，移動平臺底座6的截面為T形的墊板，固定在地平鐵I上；[0008]所述切削カ加載部分采用兩種加載方式切削合力加載方式和切削軸向カ與徑向力分開加載方式，所述切削合力加載方式由切削力液壓加載裝置、合力軸承單元和合カ軸承単元定位預緊裝置組成；所述切削軸向カ與徑向カ分開加載方式由徑向カ加載裝置、軸向カ加載裝置和分力軸承單元組成。所述切削力液壓加載裝置由液壓加載裝置、I號切削力液壓加載裝置支腿2、2號切削力液壓加載裝置支腿5和切削力液壓加載裝置支撐板3組成，所述切削力液壓加載裝置支撐板3固定在I號切削力液壓加載裝置支腿2和2號切削力液壓加載裝置支腿5上，所述液壓加載裝置裝在切削力液壓加載裝置支撐板3上。所述液壓加載裝置由滑板51、保持架52、關節(jié)軸承53、液壓缸54、伺服閥55、位移傳感器支架57、弾性裝置58、力傳感器59、階梯軸61以及加載桿60組成，所述保持架52通過螺栓和T型螺母安裝在滑板51上，液壓缸54的左端面與左端的關節(jié)軸承53帶螺紋的端桿螺紋連接，液壓缸54上端面通過關節(jié)軸承鉸接在保持架52中頂板的下端面上，位移傳感器支架57固定在液壓缸右端，位移傳感器活塞桿與液壓缸54活塞桿前端固定連接，液壓缸54活塞桿通過前端的螺紋與的弾性裝置58連接，弾性裝置58通過雙頭螺柱與力傳感器59連接，力傳感器59通過雙頭螺柱與加載桿60連接，伺服閥55安裝在液壓缸54上。所述的滑板51為ー矩形板類結構件，滑板51的上平面設有2條平行的T形槽，滑板51的下平面設有與階梯軸61上端配合的的階梯盲孔，切削力液壓加載裝置支撐板3上設有與階梯軸61的下端配合的中心通孔，所述階梯盲孔的回轉軸線與滑板51的上、下平面相垂直，滑板51與切削力液壓加載裝置支撐板3采用螺栓固定連接。所述的液壓缸54選用單活塞桿或者雙活塞桿式液壓油缸，活塞桿從液壓缸54的右端伸出，液壓缸54的左端面與左端的關節(jié)軸承53帶螺紋的端桿螺紋連接，液壓缸54的活塞桿的端部固定位移傳感器支架57，液壓缸54上端面通過關節(jié)軸承鉸接在保持架52中頂板的下端面上，液壓缸54的縱向對稱軸線處于保持架52的縱向對稱面內，保持架52通過螺栓和T型螺栓固定在滑板51上，所述的位移傳感器支架57另一端設有通孔，用于固定位移傳感器的內芯，當活塞桿移動時位移傳感器的內芯也隨著移動,位移傳感器便能測得活塞桿的位移。所述的彈性裝置58由結構相同的前后2個連接板和2個連接板之間的2個套筒組成，連接板上設有2個通孔，通過穿過連接板通孔和套筒的2根雙頭螺柱將連接板和套筒用螺母固連在一起，弾性裝置58用于吸收部分激振位移且傳遞力，其固有頻率應大于激振
頻率二倍以上。所述I號切削力液壓加載裝置支腿2和2號切削力液壓加載裝置支腿5為發(fā)動機支腿P06，底部上有四個U形孔，通過螺栓將其固定在地平鐵I ;所述切削力液壓加載裝置支撐板3中心通孔的周圍均勻分布有三段同圓心同結構的、用于安裝螺栓的環(huán)形通槽，切削力液壓加載裝置支撐板3通過螺栓固定在I號切削力液壓加載裝置支腿2和2號切削力液壓加載裝置支腿5上；所述液壓加載裝置通過螺栓與切削力液壓加載裝置支撐板3緊固連接，I號液壓加載裝置支腿2、2號切削力液壓加載裝置支腿5、切削力液壓加載裝置支撐板3應保證液壓加載裝置水平，并且保證液壓加載裝置的加載桿60與機床主軸13軸線等高，通過調整液壓加載裝置與切削力液壓加載裝置支撐板3之間的夾角來滿足加載切削合力的要求。[0016]所述合力軸承單元由左側防塵端蓋28、合力軸承單元外殼29、冷卻銅管31、軸承座33、左側軸承30、套筒32、右側軸承34、軸承端蓋35、右側防塵端蓋36和密封圈62組成，所述左側軸承30、套筒32和右側軸承34與加載棒12過盈配合，左側軸承30和右側軸承34的外環(huán)與軸承座33之間采用平均間隙較小的過渡配合或者具有較小間隙量的間隙配合，軸承端蓋35通過螺釘與軸承座33緊固連接，冷卻銅管31套在軸承座33的外圓柱面上，合力軸承單元外殼29套住冷卻銅管31，其左端通過螺釘與軸承座33緊固連接，左側防塵端蓋28與右側防塵端蓋36通過螺釘與軸承單元外殼緊固連接。所述合力軸承單元定位預緊裝置由定位架裝置支撐架25、定位裝置固定架26和軸承套定位架27組成，所述定位架支撐架25安裝在地平鐵I上，所述定位架支撐架25的上端面通過螺栓與定位架固定架26下端面緊固連接，定位架固定架26的側面與軸承套定位架27通過調節(jié)螺栓連接且安裝位置可調。所述徑向力加載裝置由徑向液壓加載裝置、I號徑向液壓加載裝置支腿16、2號徑向液壓加載裝置支腿19和徑向液壓加載裝置支撐板17組成，所述徑向液壓加載裝置、I號徑向液壓加載裝置支腿16、2號徑向液壓加載裝置支腿19和徑向液壓加載裝置支撐板17與第一種切削合理加載方式中的液壓加載裝置、I號切削力液壓加載裝置支腿2、2號切削力液壓加載裝置支腿5和切削力液壓加載裝置支撐板結構相同，所述I號徑向液壓加載裝置支腿16和2號徑向液壓加載裝置支腿19通過螺栓和T型螺母固定在地平鐵I上，并與支撐徑向液壓加載裝置支撐板17通過螺栓固定連接；徑向液壓加載裝置通過螺栓與徑向液壓加載裝置支撐板17固定連接。所述軸向力施加裝置由擺臂40、擺臂支撐架37、立柱固定架38、擺臂固定立柱42、立柱固定架蓋板41和立柱套39組成，所述擺臂支撐架37通過螺栓和T型螺母固定安裝在地平鐵I上，所述立柱固定架蓋板41固定在立柱固定架38頂部，所述立柱固定架38固定在擺臂支撐架37的上部，所述擺臂固定立柱42與立柱固定架蓋板41上面的孔過盈配合連接，擺臂40與擺臂固定立柱42間隙配合連接。所述分力軸承單元由4個軸承、軸承套外殼45、I號軸承外隔離環(huán)47、2號軸承外隔離環(huán)11、1號金屬密封環(huán)49、圓柱軸套50和軸承左右端蓋組成，所述軸承套左端蓋43和軸承套右端蓋20裝在軸承兩端的加載棒12上，并與軸承套外殼45螺紋固定連接，所述軸承包括裝在加載棒12上的I號軸承46、2號軸承48、3號軸承10和4號軸承18，I號軸承46和2號軸承48之間裝有I號軸承外隔離環(huán)47，3號軸承10和4號軸承18之間裝有2號軸承外隔離環(huán)11，2號軸承48和3號軸承10之間依次裝有I號金屬密封環(huán)49、圓柱軸套50和2號金屬密封環(huán)4，所述的I號軸承外隔離環(huán)47和2號軸承外隔離環(huán)11是截面為梯形的圓環(huán)，外圓柱表面有環(huán)形槽，同時有圓周分布著多個連接環(huán)形槽和內測兩斜面的人字形孔。本實用新型與現有技術相比本實用新型的有益效果是1.本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺采用液壓缸對機床主軸被測加載棒(模擬刀桿)進行模擬動、靜態(tài)切削力加載，同時利用測功機對加載棒進行扭矩加載，來模擬機床主軸在真實加工工件過程中所受的切削力和切削扭矩；通過對被測的機床主軸進行模擬真實工況的可靠性試驗，激發(fā)、暴露產品的故障，為產品的可靠性增長和評估提供實用的基礎數據；2.本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺采用兩種動、靜態(tài)切削力加載方式,分別是合力加載方式和軸向力、徑向力分開加載方式。合力加載方式具有加載系統(tǒng)結構簡單等特點；而軸向力、徑向力分開加載方式可以有效的減小加載系統(tǒng)對軸承的傾覆力矩，提高軸承及試驗臺壽命；兩種加載方式都能很好地模擬機床主軸工作時的實際所受切削力；3.本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺采用了移動工作臺、帶有T形槽的墊板和可在一定范圍內自由升降的墊鐵，降低測功機和機床主軸之間同軸度調節(jié)的難度，同時使得試驗臺拆裝方便，便于更換各類型號的機床主軸；4.本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺中的切削力加載部分安裝有拉、壓力傳感器和位移傳感器，能實時檢測加載的模擬切削力的大小，實現實時監(jiān)控、反饋及閉環(huán)控制；扭矩加載時安裝有扭矩傳感器和轉速傳感器，對所加載的切削扭矩也能實現實時監(jiān)控和閉環(huán)控制，使加載裝置具有較高加載精度；5.本實用新型所述的由電液伺服加載系統(tǒng)和測功機混合動態(tài)加載的機床主軸可靠性試驗臺中的切削力加載部分的加載頻率視伺服閥和液壓元件而定。本實用新型采用測功機進行機床主軸切削扭矩加載，測功機具有吸收功率高，較高轉速高，最高加載扭矩高等特點。對中高轉速的機床主軸進行加載試驗更具有實際意義；6.本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺針對不同型號的機床主軸，只需更換主軸箱墊板，主軸抱夾機構，加載棒等過渡件就可以對其進行可靠性加載試驗，體現了本試驗臺的靈活性和通用性。
圖1為本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺的切削合力加載及切削扭矩加載裝置的軸測投影圖；圖2為本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺的切削軸向力、徑向力分開加載和切削扭矩加載裝置的軸測投影圖；圖3為本實用新型所述的電液伺服和測功機混合動態(tài)加載的機床主軸可靠性試驗臺的方形軸承單元全剖圖；圖4為本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺的合力軸承單元定位及預緊裝置軸測圖；圖5為本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺的切削力分開加載時軸向加載系統(tǒng)軸測圖；圖6為本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺的切削力分開加載時軸向力施加裝置的主視圖和軸測投影圖；圖7為本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺的分力軸承單元全剖圖；圖8為本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺的切削力液壓加載裝置支撐板、徑向液壓加載裝置支撐板、軸向液壓加載裝置支撐板軸測圖；圖9為本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺的液壓加載裝置的軸測圖；圖10為本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺的液壓加載裝置的軸測爆炸圖。圖中1·地平鐵，2.1號切削力液壓加載裝置支腿，3.切削力液壓加載裝置支撐板，4. 2號金屬密封環(huán)，5. 2號切削力液壓加載裝置支腿，6.移動平臺底座，7.移動平臺，8.測功機，9.彈性膜片聯軸器，10. 3號軸承，11. 2號軸承外隔離環(huán)，12.加載棒，13.機床主軸，14.主軸箱墊板，15.墊鐵組合，16.1號徑向液壓加載裝置支腿，17.徑向液壓加載裝置支撐板，18. 4號軸承，19. 2號徑向液壓加載裝置支腿，20.軸承套右端蓋，21.金屬密封圈，22. 2號軸向液壓加載裝置支腿，23.徑向液壓加載裝置支撐板，24.1號軸向液壓加載裝置支腿，25.支撐架，26.固定架，27.軸承套定位預緊架，28.左側防塵端蓋，29.軸承單元外殼，30.左側軸承，31.冷卻銅管，32.套筒，33.軸承座，34.右側軸承，35.右側軸承端蓋，36.右側防塵端蓋，37.擺臂支撐架，38.立柱固定架，39.立柱套，40.擺臂，41.立柱固定架蓋板，42.擺臂固定立柱，43.軸承套左端蓋，44.彈性擋圈，45.軸承套外殼，46.1號軸承，47.1號軸承外隔離環(huán)，48. 2號軸承，49.1號金屬密封環(huán)，50.圓柱軸套，51.滑板，52.保持架，53.關節(jié)軸承，54.液壓缸，55.伺服閥，56.位移傳感器，57.位移傳感器支架，58.彈性裝置，59.力傳感器，60.加載桿，61.階梯軸，62.密封圈。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作詳細的描述參閱圖1、圖2，本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺包括機床主軸支撐部分、扭矩加載部分、切削力加載部分。一、機床主軸支撐部分所述機床主軸支撐部分包括主軸箱墊板14和墊鐵組合15。所述主軸箱墊板14為板類結構件，上平面有相互平行的T形槽，T型槽方向與主軸軸線方向平行，與地平鐵I上的T型槽方向垂直；所述墊鐵組合15是四套相同規(guī)格的數控銑床墊鐵，其型號為S83-2，機床主軸13通過法蘭盤裝配在主軸箱上，連同三爪卡盤一起作為本試驗臺的試驗對象；主軸箱通過螺栓和T形螺母固定在主軸箱墊板14上；墊鐵組合15中四套相同規(guī)格的數控銑床墊鐵放在主軸箱墊板14下平面的四角處，用于調整主軸高度，并且保證主軸箱墊板14上面的T形槽與地平鐵I上的T形槽垂直，主軸箱墊板14上有平行于主軸軸線方向的T形槽和地平鐵I上有垂直于主軸軸線方向的T形槽，二者配合可以在主軸箱安裝時對主軸箱進行垂直于主軸軸線和平行于主軸軸線方向的位置調整。主軸箱墊板14通過螺栓和T形螺母固定在地平鐵I上，同時壓緊安裝在主軸箱墊板14下平面四角處的數控銑床墊鐵上。二、扭矩加載部分所述的扭矩加載部分包括加載棒12、彈性膜片聯軸器9、測功機8、移動平臺7和移動平臺底座6。所述加載棒12是階梯軸，加載棒12小端左端有沿其軸線對稱的圓頭鍵槽A型鍵槽；所述的移動平臺底座6是截面為T形的墊板，移動平臺底座6的四腳處分別分布有一個通孔，通過螺栓和T形螺母固定在地平鐵上；[0048]加載棒12大端右端裝卡在主軸箱的三爪卡盤上,另一端小端通過兩個A型鍵與型號為JM116的彈性膜片聯軸器9 一端連接，測功機8的輸出軸與彈性膜片聯軸器9的另一端通過兩個A型鍵連接；加載棒12的軸肩，用于對軸承的定位；所述的測功機8本實用新型采用的是交流電力測功機DL662，通過螺栓固定在型號為ZXT200MA06的移動平臺7上，移動平臺通過螺栓固定在移動平臺底座6上，并且保證移動平臺7的移動方向與機床主軸軸線方向平行；移動平臺底座6放在地平鐵I上，螺栓穿過移動平臺底座6四腳的通孔通過T型螺母，緊固在地平鐵I上；測功機8安裝在移動平臺7之上，并且保證測功機8的輸入軸的軸線與加載棒12的軸線滿足同軸度(p0.02mm要求，從而可以通過調節(jié)移動工作臺7使測功機8沿機床主軸13軸線方向進行位置調整，移動工作臺7可以手動鎖緊，從而使測功機8固定。三、切削力加載部分切削力加載部分采用兩種加載方式，第一種是切削合力加載方式，第二種是切削軸向力和徑向力分開加載方式；1、所述的第一種切削合力加載方式包括切削力液壓加載裝置、合力軸承單元、合力軸承單元定位預緊裝置；參考圖1，所述切削力液壓加載裝置包括液壓加載裝置、I號切削力液壓加載裝置支腿2、2號切削力液壓加載裝置支腿5和切削力液壓加載裝置支撐板3。參考圖9、參考圖10所述的液壓加載裝置包括滑板51、保持架52、關節(jié)軸承53、液壓缸54、伺服閥55、位移傳感器支架57、彈性裝置58階梯軸61以及加載桿60組成。所述的滑板51是一矩形板類結構件，滑板51的上平面從左至右均布有2條T形槽，滑板51的下平面的中間偏右側5 20cm處設置一個階梯盲孔即和階梯軸61上端配裝，階梯盲孔的回轉軸線和滑板51的上平面與下平面相垂直，切削力液壓加載裝置支撐板3上的中心通孔和滑板51上的階梯孔分別與階梯軸61的下端與上端配合，滑板51階梯盲孔的周圍均勻分布6個螺紋通孔，通過螺紋通孔與螺栓將滑板51與切削力液壓加載裝置支撐板3相互固定，通過調節(jié)螺栓的擰緊程度，可使滑板51繞階梯軸61旋轉，使切削力液壓加載裝置支撐板3和滑板51成一定角度；同時滑板51螺栓和T型螺母與保持架52固定連接，通過調節(jié)螺栓的擰緊程度，調整保持架52與滑板51的相對位置。所述的階梯軸61為具有一個軸肩的軸，軸肩靠近軸的上端。所述的液壓缸54選用單活塞桿或者雙活塞桿式液壓油缸，活塞桿從液壓缸54的右端伸出，液壓缸54的左端面與關節(jié)軸承53帶螺紋的一端桿螺紋連接，并鉸接在保持架52中頂板的下端面上，液壓缸54的縱向對稱軸線處于保持架52的縱向對稱面內，液壓缸前端安裝位移傳感器支架57 ；所述的位移傳感器支架57另一端有通孔，用于固定位移傳感器的內芯，當活塞桿移動時位移傳感器的內芯也隨著移動，位移傳感器便能測得活塞桿的位移；所述的彈性裝置58由左連接板、右連接板、2個結構相同的套筒、2個規(guī)格相同的螺栓和2個規(guī)格相同的螺母組成，其中左連接板與右連接板結構相同。2個規(guī)格相同的螺栓插入左連接板與右連接板兩側的通孔中，2個結構相同的套筒套裝在左連接板與右連接板之間的兩個螺栓上，最后再通過2個結構相同的螺母將左連接板、右連接板與2個結構相同的套筒固定連接在一起。右連接板上的螺紋孔與雙頭螺柱的左端螺紋連接，左連接板上的螺紋孔與液壓缸54的活塞桿右端螺紋連接。彈性裝置58可以吸收部分激振位移且可以傳遞力。彈性裝置的固有頻率應大于激振頻率二倍以上；保持架52通過螺栓和T型螺母固定在切削力液壓加載裝置滑板51上，液壓缸54上端面通過關節(jié)軸承鉸接在保持架52中頂板的下端面上，液壓缸54的活塞桿的端部固定位移傳感器支架57。所述I號切削力液壓加載裝置支腿2和2號切削力液壓加載裝置支腿5是發(fā)動機支腿P06，底部上有四個U形孔，通過螺栓將其固定在地平鐵I ;所述切削力液壓加載裝置支撐板3是矩形板類結構件，切削力液壓加載裝置支撐板3的中心處設置有一個中心通孔，中心通孔的周圍均勻分布有三段同圓心同結構的、用于安裝螺栓的環(huán)形通槽。切削力液壓加載裝置支撐板3的兩端分別有兩個通孔用于穿過螺栓將其固定在I號切削力液壓加載裝置支腿2和2號切削力液壓加載裝置支腿5上。I號切削力液壓加載裝置支腿2和2號切削力液壓加載裝置支腿5通過螺栓和T型螺母安裝在地平鐵I上，并保證其與方形軸承單元的空間距離滿足加載系統(tǒng)的位置要求；切削力液壓加載裝置支撐板3通過螺栓安裝在I號切削力液壓加載裝置支腿2和2號切削力液壓加載裝置支腿5上；液壓加載裝置通過3個規(guī)格相同的螺栓與切削力液壓加載裝置支撐板3緊固連接；1號液壓加載裝置支腿2、2號切削力液壓加載裝置支腿5、切削力液壓加載裝置支撐板3應保證液壓加載裝置水平，并且保證液壓加載裝置的加載桿60與機床主軸13軸線等高，通過調整液壓加載裝置與切削力液壓加載裝置支撐板3之間的夾角來滿足加載切削合力的要求。參考圖3，所述合力軸承單元包括左側防塵端蓋28，合力軸承單元外殼29，冷卻銅管31，軸承座33，左側軸承30，套筒32，右側軸承34，軸承端蓋35，右側防塵端蓋36和密封圈62。所述左側防塵端蓋28和右側防塵端蓋36是方形鐵板，內部是階梯孔，內側表面有梯形環(huán)槽；所述合力軸承單元外殼29是梯形鐵塊，內部有階梯孔，兩端面分別繞階梯孔周圍均布有六個螺紋孔，左端面還均布另外的四個螺紋孔；所述冷卻銅管31是螺旋狀銅管；所述軸承座33是圓柱體鐵塊，內部有階梯孔，兩端繞階梯孔圓周均布有螺紋孔；左側軸承30、套筒32、右側軸承34安裝在加載棒12上，左側軸承30和右側軸承34與加載棒12之間過盈配合，右側軸承34內環(huán)與加載棒12的軸肩接觸并定位，左側軸承30和右側軸承34成對安裝，套筒32安裝在兩軸承之間；左側軸承30和右側軸承34的外環(huán)與軸承座33之間采用平均間隙較小的過渡配合或者具有較小間隙量的間隙配合，軸承座33通過其內孔的環(huán)形臺階與左側軸承30配合；軸承端蓋35通過螺釘與軸承座33緊固連接，軸承端蓋35左端凸起圓環(huán)頂住右側軸承34的外環(huán)，對軸承組進行預緊；冷卻銅管31套在軸承座33的外圓柱面；合力軸承單元外殼29套住冷卻銅管31，其左端通過螺釘與軸承座33緊固連接；左側防塵端蓋28與右側防塵端蓋36通過螺釘與軸承單元外殼緊固連接。參考圖4，所述合力軸承單元定位預緊裝置包括定位架裝置支撐架25，定位裝置固定架26，軸承套定位架27。所述定位架支撐架25是通過五塊鋼板焊接而成的T形箱型焊接件，底部有四個U形孔，上表面有四個螺紋孔用于與定位裝置固定架螺紋連接；所述定位裝置固定架26是通過兩鋼板垂直焊接在一起成L形，兩鋼板間有加強筋，與軸承定位架27連接的左端面上有四個螺紋孔，與定位架支撐架25連接的下端面有四個階梯孔；所述軸承套定位架27是U形鋼板和方形鋼板垂直焊接而成的焊接件，與定位架固定架26連接的右端面上有四個長條孔，長條孔方向與加載棒12軸向方向平行。定位架支撐架25安裝在地平鐵I上，保證其與合力軸承單元的空間距離滿足加載系統(tǒng)的位置要求，同時定位架支撐架25通過螺栓和T形螺母固定在地平鐵I上；定位架支撐架25的上端面通過螺栓與定位架固定架26下端面緊固連接；螺栓穿過軸承套定位架27左端面的長條孔固定在定位裝置固定架26左端面上，軸承套定位架27通過調節(jié)螺栓沿長條孔方向進行位置調節(jié)；合力軸承單元定位單元應具有合適的高度以保證軸承定位架能對合力軸承單元定位，并且滿足定位要求。2、所述的第二種切削軸向力和徑向力分開加載方式包括徑向力加載裝置、軸向力加載裝置和分力軸承單元。參考圖2，所述徑向力加載裝置包括徑向液壓加載裝置、I號徑向液壓加載裝置支腿16、2號徑向液壓加載裝置支腿19和徑向液壓加載裝置支撐板17。所述的徑向液壓加載裝置與第一種切削合理加載方式中的液壓加載裝置結構類似。所述I號徑向液壓加載裝置支腿16和2號徑向液壓加載裝置支腿19是發(fā)動機支腿P06，底部上有四個U形孔，通過螺栓將其固定在地平鐵I ;參考圖8，所述的徑向加載裝置支撐板17與第一種切削合力加載方式中的切削力液壓加載裝置支撐板3結構類似。I號徑向液壓加載裝置支腿16和2號徑向液壓加載裝置支腿19通過螺栓和T型螺母固定在地平鐵I上，并與支撐徑向液壓加載裝置支撐板17通過螺栓固定連接；徑向液壓加載裝置通過螺栓與徑向液壓加載裝置支撐板17固定連接；1號徑向液壓加載裝置支腿16、2號徑向液壓加載裝置支腿19、徑向液壓加載裝置支撐板17應保證徑向液壓加載裝置的加載桿水平，并且垂直于機床主軸13軸線，同時保證徑向液壓加載裝置的活塞桿與機床主軸13軸線等高。參考圖5，所述的軸向力加載部分包括軸向液壓加載裝置、I號軸向液壓加載裝置支腿24、2號軸向液壓加載裝置支腿22、軸向液壓加載裝置支撐板23、軸向力施加裝置。所述的軸向液壓加載裝置與第一種切削合力加載方式中的液壓加載裝置結構類似。所述I號軸向液壓加載裝置支腿24和2號軸向液壓加載裝置支腿22是小發(fā)動機支腿P06，底部上有四個U形孔，通過螺栓將其固定在地平鐵I ;參考圖8，所述的軸向加載裝置支撐板23與第一種切削合理加載方式中的切削力液壓加載裝置支撐板3結構類似。I號軸向液壓加載裝置支腿24和2號軸向液壓加載裝置支腿22通過螺栓和T型螺母固定在地平鐵I上，并與支撐軸向液壓加載裝置支撐板23通過螺栓固定連接；軸向液壓加載裝置通過螺栓與軸向液壓加載裝置支撐板23固定連接；1號軸向液壓加載裝置支腿24、2號軸向液壓加載裝置支腿22、軸向液壓加載裝置支撐板23應保證軸向液壓加載裝置的加載桿平行與機床主軸軸線，同時保證軸向液壓加載裝置的加載桿與機床主軸13軸線等高；軸向液壓加載裝置的加載桿60頂住軸向力施加裝置擺臂40 —端的凹坑，通過預加壓力使軸向液壓加載裝置的加載桿60時刻頂住軸向力施加裝置擺臂40的凹坑。參考圖6，所述軸向力施加裝置包括擺臂40、擺臂支撐架37、立柱固定架38、擺臂固定立柱42、立柱固定架蓋板41和立柱套39。所述的擺臂40是通過三塊方形薄壁鋼板焊接或者機械連接而成的U形結構件，三塊方形薄壁鋼板相互垂直，水平的兩塊鋼板前右段與分力軸承單元接觸處有凸出的較小的圓柱體；所述擺臂支撐架37是通過五塊鋼板焊接而成的T形箱型焊接件，底部有四個U形孔，上表面有四個螺紋孔用于立柱固定架38固定連接；所述立柱固定架38是通過三塊鋼板焊接而成的U形焊接件，三塊鋼板相互垂直；所述的擺臂固定立柱42是階梯軸，軸上有軸肩；所述的立柱固定架蓋板41是方形鋼板，四個角落分別有通孔，立柱固定架蓋板41的中心還有一個通孔；所述的立柱套39是管狀件。擺臂支撐架37通過螺栓和T型螺母固定安裝在地平鐵I上，并保證其與圓形軸承單元的空間距離滿足加載系統(tǒng)的位置要求；立柱固定架38通過螺栓與擺臂支撐架37緊固連接；擺臂固定立柱42通過立柱固定架38上面的孔與立柱固定架38過盈配合連接，并且立柱固定架38和擺臂支撐架37應保證擺臂固定立柱豎直并垂直于機床主軸13 ;擺臂40通過圓孔與擺臂固定立柱42連接，兩者間隙配合；立柱固定架蓋板41通過其上的圓孔與擺臂固定立柱42之間過渡配合，并且通過螺栓與立柱固定架38緊固連接；整個軸向力施加裝置應該使擺臂40滿足其對稱面與機床主軸的軸線等高，保證擺臂40能順利并且正確的把軸向力施加到分力軸承單元上。參考圖7，所述分力軸承單元包括軸承套左端蓋43、軸承套外殼45、彈性擋圈44、I號軸承46、2號軸承48、I號軸承外隔離環(huán)47、I號金屬密封環(huán)49、圓柱軸套50、2號金屬密封環(huán)4、3號軸承10、4號軸承18、2號軸承外隔離環(huán)11、金屬密封圈21和軸承套右端蓋20。所述的軸承左端蓋43是圓環(huán)形，一端有方形凸臺，并且圓周方向均布四個沉頭孔；所述的軸承套外殼45是空心圓柱體，左端面圓周均勻分布四個螺紋孔，右端面圓周也均勻分布六個螺紋孔；所述的I號軸承外隔離環(huán)47和2號軸承外隔離環(huán)11是截面為梯形的圓環(huán)，外圓柱表面有環(huán)形槽，同時有圓周分布著八個連接環(huán)形槽和內測兩斜面的人字形孔；所述軸承套右端蓋20是一端有凸圓環(huán)的空心圓盤，并且圓周方向均勻分布六個沉頭孔；3號軸承10與4號軸承18成對安裝，兩者之間放著2號軸承外隔離環(huán)11，同時4號軸承18的左側頂住金屬密封圈21，金屬密封圈21的右側頂住加載棒12的軸肩，3號軸承10和4號軸承18與加載棒12之間過盈配合，且與軸承套外殼45采用平均間隙較小的過渡配合或者具有較小間隙量的間隙配合；2號金屬密封環(huán)4的凸起的圓環(huán)頂住3號軸承10內環(huán)的左側，2號金屬密封環(huán)4與軸承套外殼45采用平均間隙較小的過渡配合或者具有較小間隙量的間隙配合；圓柱軸套50裝在加載棒12上并且頂住2號金屬密封圈62的左側，
I號金屬密封環(huán)49安裝方式與2號金屬密封環(huán)4相反，并且一側頂住圓柱軸套50 ；1號軸承46和2號軸承48成對安裝，并且兩者之間安裝I號軸承外隔離環(huán)47，并且2號軸承48的內環(huán)頂住I號金屬密封環(huán)49的左側，I號軸承46和2號軸承48與加載棒12之間過盈配合，且與軸承套外殼45采用平均間隙較小的過渡配合或者具有較小間隙量的間隙配合；彈性擋圈44安裝在I號軸承46的左側；軸承套右端蓋20與軸承套外殼45通過螺栓緊固連接，并且其一端的凸圓環(huán)與金屬密封圈21間隙配合；軸承左端蓋43右側凸圓環(huán)頂住I號軸承46的外環(huán)，并且通過螺釘與軸承套外殼45緊固連接。[0085]由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺的工作原理參閱圖1、參閱圖2，圖中給出了對機床主軸加載試驗時的示意圖。在試驗之前，先根據動、靜態(tài)切削力大小及方向，調整好液壓加載裝置的位置和角度，使切削力加載裝置能順利地對方形軸承單元或圓形軸承單元進行加載。最后通過上位工控機來控制，在VB控制界面上選定一定參數通過RS-232C端口與下位測功機控制儀、伺服閥控制器通訊，測功機控制儀控制測功機給轉動的加載棒施加扭矩，扭矩傳感器和轉速傳感器檢測到信號通過信號放大器和A/D卡反饋給上位工控機，進行閉環(huán)控制，同時上位工控機采集液壓加載裝置上的壓力傳感器和位移傳感器的反饋信號，對液壓加載裝置進行閉環(huán)控制，整個控制過程是實時監(jiān)控。同時上位工控機控制冷卻機，給測功機提供風冷卻，使得測功機能夠長時間正常的運轉。本實用新型所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺在對機床主軸進行可靠性試驗時，根據需要模擬的切削工況，設置好切削力加載裝置。在VB界面上設置好加載力、振動頻率、加載波形、加載時間、加載扭矩以及機床主軸轉速等各項參數，試驗開始后，上位工控機控制機床主軸的轉速，同時控制液壓加載系統(tǒng)和扭矩加載系統(tǒng)，加載過程結束后，伺服閥控制液壓加載系統(tǒng)加載頭縮回，同時停止扭矩加載系統(tǒng)。本實用新型中所述的實施例是為了便于該技術領域的技術人員能夠理解和應用本實用新型，是一種比較具體的技術方案而非限制。如果相關的技術人員在堅持本實用新型基本技術方案的情況下做出不需要經過創(chuàng)造性勞動的等效結構變化或各種修改都在本實用新型的保護范圍內。
權利要求1.由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺，主要由機床主軸支撐部分、扭矩加載部分和切削力加載部分組成，其特征在于 所述主軸支撐部分由主軸箱墊板(14)和墊鐵組合(15)組成，所述主軸箱墊板(14)為板類結構件，所述墊鐵組合(15)為四套相同規(guī)格的數控銑床墊鐵，主軸箱墊板(14)通過螺栓和T形螺母固定在地平鐵(I)上，同時壓緊安裝在主軸箱墊板(14)下平面數控銑床墊鐵上； 所述扭矩加載部分由加同軸裝配的載棒(12)、彈性膜片聯軸器(9)和測功機(8)組成，所述加載棒(12)為階梯軸，其大端裝卡在主軸箱的三爪卡盤上，小端與彈性膜片聯軸器(9)的一端鍵連接，所述測功機(8)的輸出軸與彈性膜片聯軸器(9)的另一端鍵連接，測功機(8)安裝在移動平臺(7)上，移動平臺(7)固定在移動平臺底座(6)上，移動平臺(7)的移動方向與機床主軸軸線方向平行，移動平臺底座(6)的截面為T形的墊板，固定在地平鐵⑴上； 所述切削力加載部分采用兩種加載方式切削合力加載方式和切削軸向力與徑向力分開加載方式，所述切削合力加載方式由切削力液壓加載裝置、合力軸承單元和合力軸承單元定位預緊裝置組成；所述切削軸向力與徑向力分開加載方式由徑向力加載裝置、軸向力加載裝置和分力軸承單元組成。
2.根據權利要求1所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺,其特征在于 所述切削力液壓加載裝置由液壓加載裝置、I號切削力液壓加載裝置支腿(2)、2號切削力液壓加載裝置支腿(5)和切削力液壓加載裝置支撐板(3)組成，所述切削力液壓加載裝置支撐板(3)固定在I號切削力液壓加載裝置支腿(2)和2號切削力液壓加載裝置支腿(5)上，所述液壓加載裝置裝在切削力液壓加載裝置支撐板(3)上。
3.根據權利要求1或2所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺，其特征在于 所述液壓加載裝置由滑板(51)、保持架(52)、關節(jié)軸承(53)、液壓缸(54)、伺服閥(55)、位移傳感器支架(57)、彈性裝置(58)、力傳感器(59)、階梯軸(61)以及加載桿(60)組成，所述保持架(52)通過螺栓和T型螺母安裝在滑板(51)上，液壓缸(54)的左端面與左端的關節(jié)軸承(53)帶螺紋的端桿螺紋連接，液壓缸(54)上端面通過關節(jié)軸承鉸接在保持架(52)中頂板的下端面上，位移傳感器支架(57)固定在液壓缸前端，位移傳感器活塞桿與液壓缸(54)活塞桿右端固定連接，液壓缸(54)活塞桿通過其右端與彈性裝置(58)螺紋連接，彈性裝置(58)通過雙頭螺柱與力傳感器(59)連接，力傳感器(59)通過雙頭螺柱與加載桿(60)連接，伺服閥(55)安裝在液壓缸(54)上； 所述的滑板(51)為一矩形板類結構件，滑板(51)的上平面設有2條平行的T形槽，滑板(51)的下平面設有與階梯軸￠1)上端配合的的階梯盲孔，切削力液壓加載裝置支撐板(3)上設有與階梯軸￠1)的下端配合的中心通孔，所述階梯盲孔的回轉軸線與滑板(51)的上、下平面相垂直，滑板(51)與切削力液壓加載裝置支撐板(3)采用螺栓固定連接。
4.根據權利要求3所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺，其特征在于 所述的液壓缸(54)選用單活塞桿或者雙活塞桿式液壓油缸，活塞桿從液壓缸(54)的右端伸出，液壓缸(54)的左端面與左端的關節(jié)軸承(53)帶螺紋的一端桿螺紋連接，液壓缸(54)的活塞桿的端部固定位移傳感器支架(57)，液壓缸(54)上端面通過關節(jié)軸承鉸接在保持架(52)中頂板的下端面上，液壓缸(54)的縱向對稱軸線處于保持架(52)的縱向對稱面內，保持架(52)通過螺栓和T型螺母固定在滑板(51)上，所述的位移傳感器支架(57)另一端設有通孔，用于固定位移傳感器的內芯，當活塞桿移動時位移傳感器的內芯也隨著移動，位移傳感器便能測得活塞桿的位移。
5.根據權利要求3所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺，其特征在于 所述的彈性裝置(58)由結構相同的前后2個連接板和2個連接板之間的2個套筒組成，連接板上設有2個通孔，通過穿過連接板通孔和套筒的2根雙頭螺柱將連接板和套筒用螺母固連在一起，彈性裝置(58)用于吸收部分激振位移且傳遞力，其固有頻率應大于激振頻率二倍以上。
6.根據權利要求2所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺，其特征在于 所述I號切削力液壓加載裝置支腿(2)和2號切削力液壓加載裝置支腿(5)為發(fā)動機支腿P06，底部上有四個U形孔，通過螺栓將其固定在地平鐵(I)； 所述切削力液壓加載裝置支撐板(3)中心通孔的周圍均勻分布有三段同圓心同結構的、用于安裝螺栓的環(huán)形通槽，切削力液壓加載裝置支撐板(3)通過螺栓固定在I號切削力液壓加載裝置支腿(2)和2號切削力液壓加載裝置支腿(5)上；所述液壓加載裝置通過螺栓與切削力液壓加載裝置支撐板(3)緊固連接，I號液壓加載裝置支腿(2)、2號切削力液壓加載裝置支腿(5)、切削力液壓加載裝置支撐板(3)應保證液壓加載裝置水平，并且保證液壓加載裝置的加載桿￠0)與機床主軸(13)軸線等高，通過調整液壓加載裝置與切削力液壓加載裝置支撐板(3)之間的夾角來滿足加載切削合力的要求。
7.根據權利要求1所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺,其特征在于 所述合力軸承單元由左側防塵端蓋(28)、合力軸承單元外殼(29)、冷卻銅管(31)、軸承座(33)、左側軸承(30)、套筒(32)、右側軸承(34)、軸承端蓋(35)、右側防塵端蓋(36)和密封圈￠2)組成，所述左側軸承(30)、套筒(32)和右側軸承(34)與加載棒(12)過盈配合，左側軸承(30)和右側軸承(34)的外環(huán)與軸承座(33)之間采用平均間隙較小的過渡配合或者具有較小間隙量的間隙配合，軸承端蓋(35)通過螺釘與軸承座(33)緊固連接，冷卻銅管(31)套在軸承座(33)的外圓柱面上，合力軸承單元外殼(29)套住冷卻銅管(31)，其左端通過螺釘與軸承座(33)緊固連接，左側防塵端蓋(28)與右側防塵端蓋(36)通過螺釘與軸承單元外殼緊固連接。
8.根據權利要求1所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺,其特征在于 所述合力軸承單元定位預緊裝置由定位架裝置支撐架(25)、定位裝置固定架(26)和軸承套定位架(27)組成，所述定位架支撐架(25)安裝在地平鐵(I)上，所述定位架支撐架(25)的上端面通過螺栓與定位架固定架(26)下端面緊固連接，定位架固定架(26)的側面與軸承套定位架(27)通過調節(jié)螺栓連接且安裝位置可調。
9.根據權利要求1所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺,其特征在于 所述徑向力加載裝置由徑向液壓加載裝置、I號徑向液壓加載裝置支腿(16)、2號徑向液壓加載裝置支腿(19)和徑向液壓加載裝置支撐板(17)組成，所述徑向液壓加載裝置、I號徑向液壓加載裝置支腿(16)、2號徑向液壓加載裝置支腿(19)和徑向液壓加載裝置支撐板(17)與第一種切削合理加載方式中的液壓加載裝置、I號切削力液壓加載裝置支腿(2)、2號切削力液壓加載裝置支腿(5)和切削力液壓加載裝置支撐板結構相同，所述I號徑向液壓加載裝置支腿(16)和2號徑向液壓加載裝置支腿(19)通過螺栓和T型螺母固定在地平鐵(I)上，并與支撐徑向液壓加載裝置支撐板(17)通過螺栓固定連接；徑向液壓加載裝置通過螺栓與徑向液壓加載裝置支撐板(17)固定連接。
10.根據權利要求1所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺，其特征在于 所述軸向力施加裝置由擺臂(40)、擺臂支撐架(37)、立柱固定架(38)、擺臂固定立柱(42)、立柱固定架蓋板(41)和立柱套(39)組成，所述擺臂支撐架(37)通過螺栓和T型螺母固定安裝在地平鐵(I)上，所述立柱固定架蓋板(41)固定在立柱固定架(38)頂部，所述立柱固定架(38)固定在擺臂支撐架(37)的上部，所述擺臂固定立柱(42)與立柱固定架蓋板(41)上面的孔過盈配合連接，擺臂(40)與擺臂固定立柱(42)間隙配合連接。
11.根據權利要求1所述的由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺，其特征在于 所述分力軸承單元由4個軸承和軸承左右端蓋組成，所述軸承套左端蓋(43)和軸承套右端蓋(20)裝在軸承兩端的加載棒(12)上，并與軸承套外殼(45)螺紋固定連接，所述軸承包括裝在加載棒(12)上的I號軸承(46)、2號軸承(48)、3號軸承(10)和4號軸承(18)，I號軸承(46)和2號軸承(48)之間裝有I號軸承外隔離環(huán)(47)，3號軸承(10)和4號軸承(18)之間裝有2號軸承外隔離環(huán)(11)，2號軸承(48)和3號軸承(10)之間依次裝有I號金屬密封環(huán)(49)、圓柱軸套(50)和2號金屬密封環(huán)(4)，所述的I號軸承外隔離環(huán)(47)和2號軸承外隔離環(huán)(11)是截面為梯形的圓環(huán)，外圓柱表面有環(huán)形槽，同時有圓周分布著多個連接環(huán)形槽和內測兩斜面的人字形孔。
專利摘要本實用新型涉及一種機床主軸的試驗裝置，特別是涉及一種由電液伺服和測功機混合加載的機床主軸可靠性試驗臺，以解決目前機床主軸可靠性試驗裝置不能真實模擬動、靜態(tài)切削力及切削扭矩加載的問題。該裝置主要由機床主軸支撐部分、扭矩加載部分和切削力加載部分組成，主軸支撐部分由主軸箱墊板(14)和墊鐵組合(15)組成，扭矩加載部分由加同軸裝配的載棒(12)、彈性膜片聯軸器(9)和測功機(8)組成，切削力加載部分采用兩種加載方式切削合力加載方式和切削軸向力與徑向力分開加載方式。本實用新型通過對被測的機床主軸進行模擬真實工況的可靠性試驗，激發(fā)、暴露產品的故障，為產品的可靠性增長和評估提供實用的基礎數據。
文檔編號G01M13/00GK202869792SQ201220504218
公開日2013年4月10日 申請日期2012年9月28日 優(yōu)先權日2012年9月28日
發(fā)明者楊兆軍, 許彬彬, 楊川貴, 何佳龍, 朱巖, 王凱, 方杰, 王東亮 申請人:吉林大學