本发明专利技术提供一种适用于高速主轴刚度测试的非接触气膜加载装置，属于机床动态性能检测技术领域。该装置包括底座、五自由度调节机构、内加载块组件、径向加载组件和轴向加载组件，五自由度调节机构安装在底座上，内加载块组件设置在五自由度调节机构内孔中，径向加载组件和轴向加载组件设置在五自由度调节机构上。本装置相较于现有装置具有可实现高转速工况下加载，发热量远小于电磁式加载，对位移传感器影响小，结构紧凑，操作简单等优点。
A non-contact gas film loading device for stiffness measurement of high speed spindle
The invention provides a non-contact gas film loading device suitable for testing the stiffness of high-speed spindle, which belongs to the technical field of dynamic performance testing of machine tools. The device consists of a base, a five-degree-of-freedom adjusting mechanism, an internal loading block assembly, a radial loading component and an axial loading component. A five-degree-of-freedom adjusting mechanism is mounted on the base, an internal loading block assembly is arranged in the inner hole of a five-degree-of-freedom adjusting mechanism, and a radial loading component and an axial loading component are arranged on a five-degree-of-freedom adjusting mechanism. . Compared with the existing device, the device has the advantages of high speed loading, far less calorific than electromagnetic loading, less influence on displacement sensor, compact structure and simple operation.
【技术实现步骤摘要】
一种适用于高速主轴刚度测试的非接触气膜加载装置
本专利技术涉及机床动态性能检测
，特别是指一种适用于高速主轴刚度测试的非接触气膜加载装置。
技术介绍
高速化、加工高精度化是机械制造业的发展方向，而工件加工精度的提高依赖于电主轴动态性能的提高。现代先进制造技术要求电主轴在高转速切削时保证主轴保持很高的刚度，需要对高速电主轴的刚度进行检测。在机床切削加工过程中主轴受径向、轴向和切向三个方向的切削力。需要对旋转的主轴进行加载，模拟实际载荷情况。传统的接触式加载在高转速情况下难以实现。现有方法多采用非接触电磁加载，存在两点不足，一是电磁场在被测主轴表面诱发电涡流损耗产生大量热，引起主轴温升，二是电磁场对位移传感器有一定影响。因此，如何测试主轴高速旋转情况下，静刚度测试难以实现是目前研究的难点。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种适用于高速主轴刚度测试的非接触气膜加载装置。该装置包括底座、五自由度调节机构、内加载块组件、径向加载组件和轴向加载组件，五自由度调节机构安装在底座上，内加载块组件设置在五自由度调节机构内孔中，径向加载组件和轴向加载组件设置在五自由度调节机构上；其中：五自由度调节机构包括底部框架、下拉弹簧、直线滑轨、直线滑块、直线导轨、外框右板、外框上板、X向框架上板、Z向框架左板、转轴、外框左板、转轴框架、X向框架、Z向框架、调高板和高度调节旋钮；内加载块组件包括内加载块-气路、气动快速接头、内加载块-止推、内加载块-轴瓦和内加载块；径向加载组件包括力传感器外套、径向力传感器和径向加载轴；轴向加载组件包括轴向止推横梁、轴向加载轴、轴向加载横梁、轴向力传感器外套和轴向力传感器；底座上安装底座滑轨、底座滑块和宽度调节块，底座上部支撑底部框架，底座和底部框架之间设置下拉弹簧，底部框架上部中心位置设置直线滑轨，直线滑轨上方连接直线滑块，直线滑块上方为Z向框架，Z向框架上方设置直线导轨，直线导轨上方连接X向框架，X向框架内部包裹转轴框架，转轴框架内部设置内加载块-气路，内加载块-气路通过转轴与转轴框架相连，内加载块-气路上方有X向框架上板，X向框架左侧设置Z向框架左板，Z向框架左板左侧设置外框左板，外框左板对称位置设置外框右板，外框左板和外框右板上方通过外框上板密封，内加载块-气路右侧设置径向力传感器，径向力传感器外部包有力传感器外套，径向力传感器连接径向加载轴；调高板设置在底座上，调高板连接高度调节旋钮，内加载块-气路连接气动快速接头、内加载块-气路上方连接内加载块-止推，内加载块-气路中间为内加载块-轴瓦，内加载块-气路下方为内加载块；轴向止推横梁连接在内加载块-气路后方，轴向止推横梁一侧连接轴向加载轴，轴向加载轴外部环绕轴向加载横梁，轴向止推横梁另一侧连接轴向力传感器外套，轴向力传感器外套包裹轴向力传感器。在加载过程中，加压气体从内加载块-轴瓦排出至内加载块-轴瓦的内孔中，并在测试假轴轴颈上形成小于180°的部分瓦气体静压轴承，实现对被测试的高速主轴的径向非接触加载；加压气体从内加载块-止推排出至内加载块-止推的端面，并在测试假轴轴肩形成环形的单向气体静压轴承。测试假轴一端与被测试的高速主轴刚性连接，另一端插入内加载块-轴瓦的内孔中。五自由度调节机构能够实现对内加载块组件的五个自由度微调，分别为上下、左右、前后、绕水平轴的转动和绕竖直轴的转动。直线滑轨和直线导轨能够改变径向和轴向轴承气膜间隙，从而改变加载力大小。本专利技术的上述技术方案的有益效果如下：本装置相较于现有装置具有可实现高转速工况下加载，发热量远小于电磁式加载，对位移传感器影响小，结构紧凑，操作简单等优点。附图说明图1为本专利技术的适用于高速主轴刚度测试的非接触气膜加载装置配合实验台架的整体示意图；图2为本专利技术加载装置内加载块径向气膜工作原理示意图；图3为本专利技术加载装置内加载块轴向气膜工作原理示意图；图4为本专利技术加载装置结构示意图；图5为本专利技术加载装置右视图。其中：1-底座；2-底座滑轨；3-底座滑块；4-底部框架；5-下拉弹簧；6-宽度调节块；7-直线滑轨；8-直线滑块；9-直线导轨；10-力传感器外套；11-径向力传感器；12-径向加载轴；13-外框右板；14-外框上板；15-X向框架上板；16-Z向框架左板；17-转轴；18-外框左板；19-内加载块-气路；20-转轴框架；21-X向框架；22-Z向框架；23-调高板；24-高度调节旋钮；25-气动快速接头；26-轴向止推横梁；27-轴向加载轴；28-轴向加载横梁；29-轴向力传感器外套；30-轴向力传感器；31-内加载块-止推；32-内加载块-轴瓦；33-内加载块。具体实施方式为使本专利技术要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。本专利技术提供一种适用于高速主轴刚度测试的非接触气膜加载装置。该装置包括底座1、五自由度调节机构、内加载块组件、径向加载组件和轴向加载组件，五自由度调节机构安装在底座1上，内加载块组件设置在五自由度调节机构内孔中，径向加载组件和轴向加载组件设置在五自由度调节机构上；其中：五自由度调节机构包括底部框架4、下拉弹簧5、直线滑轨7、直线滑块8、直线导轨9、外框右板13、外框上板14、X向框架上板15、Z向框架左板16、转轴17、外框左板18、转轴框架20、X向框架21、Z向框架22、调高板23和高度调节旋钮24；内加载块组件包括内加载块-气路19、气动快速接头25、内加载块-止推31、内加载块-轴瓦32和内加载块33；径向加载组件包括力传感器外套10、径向力传感器11和径向加载轴12；轴向加载组件包括轴向止推横梁26、轴向加载轴27、轴向加载横梁28、轴向力传感器外套29和轴向力传感器30。如图4和图5所示，该装置底座1上安装底座滑轨2、底座滑块3和宽度调节块6，底座1上部支撑底部框架4，底座1和底部框架4之间设置下拉弹簧5，底部框架4上部中心位置设置直线滑轨7，直线滑轨7上方连接直线滑块8，直线滑块8上方为Z向框架22，Z向框架22上方设置直线导轨9，直线导轨9上方连接X向框架21，X向框架21内部包裹转轴框架20，转轴框架20内部设置内加载块-气路19，内加载块-气路19通过转轴17与转轴框架20相连，内加载块-气路19上方有X向框架上板15，X向框架21左侧设置Z向框架左板16，Z向框架左板16左侧设置外框左板18，外框左板18对称位置设置外框右板13，外框左板18和外框右板13上方通过外框上板14密封，内加载块-气路19右侧设置径向力传感器11，径向力传感器11外部包有力传感器外套10，径向力传感器11连接径向加载轴12；调高板23设置在底座1上，调高板23连接高度调节旋钮24，内加载块-气路19连接气动快速接头25、内加载块-气路19上方连接内加载块-止推31，内加载块-气路19中间为内加载块-轴瓦32，内加载块-气路19下方为内加载块33；轴向止推横梁26连接在内加载块-气路19后方，轴向止推横梁26一侧连接轴向加载轴27，轴向加载轴27外部环绕轴向加载横梁28，轴向止推横梁26另一侧连接轴向力传感器外套29，轴向力传感器外套29包裹轴向力传感器30。本专利技术装置工作的原理如下：1.本专利技术通过静压气膜来实现径本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种适用于高速主轴刚度测试的非接触气膜加载装置，其特征在于：包括底座(1)、五自由度调节机构、内加载块组件、径向加载组件和轴向加载组件，五自由度调节机构安装在底座(1)上，内加载块组件设置在五自由度调节机构内孔中，径向加载组件和轴向加载组件设置在五自由度调节机构上；其中：五自由度调节机构包括底部框架(4)、下拉弹簧(5)、直线滑轨(7)、直线滑块(8)、直线导轨(9)、外框右板(13)、外框上板(14)、X向框架上板(15)、Z向框架左板(16)、转轴(17)、外框左板(18)、转轴框架(20)、X向框架(21)、Z向框架(22)、调高板(23)和高度调节旋钮(24)；内加载块组件包括内加载块‑气路(19)、气动快速接头(25)、内加载块‑止推(31)、内加载块‑轴瓦(32)和内加载块(33)；径向加载组件包括力传感器外套(10)、径向力传感器(11)和径向加载轴(12)；轴向加载组件包括轴向止推横梁(26)、轴向加载轴(27)、轴向加载横梁(28)、轴向力传感器外套(29)和轴向力传感器(30)；底座(1)上安装底座滑轨(2)、底座滑块(3)和宽度调节块(6)，底座(1)上部支撑底部框架(4)，底座(1)和底部框架(4)之间设置下拉弹簧(5)，底部框架(4)上部中心位置设置直线滑轨(7)，直线滑轨(7)上方连接直线滑块(8)，直线滑块(8)上方为Z向框架(22)，Z向框架(22)上方设置直线导轨(9)，直线导轨(9)上方连接X向框架(21)，X向框架(21)内部包裹转轴框架(20)，转轴框架(20)内部设置内加载块‑气路(19)，内加载块‑气路(19)通过转轴(17)与转轴框架(20)相连，内加载块‑气路(19)上方有X向框架上板(15)，X向框架(21)左侧设置Z向框架左板(16)，Z向框架左板(16)左侧设置外框左板(18)，外框左板(18)对称位置设置外框右板(13)，外框左板(18)和外框右板(13)上方通过外框上板(14)密封，内加载块‑气路(19)右侧设置径向力传感器(11)，径向力传感器(11)外部包有力传感器外套(10)，径向力传感器(11)连接径向加载轴(12)；调高板(23)设置在底座(1)上，调高板(23)连接高度调节旋钮(24)，内加载块‑气路(19)连接气动快速接头(25)、内加载块‑气路(19)上方连接内加载块‑止推(31)，内加载块‑气路(19)中间为内加载块‑轴瓦(32)，内加载块‑气路(19)下方为内加载块(33)；轴向止推横梁(26)连接在内加载块‑气路(19)后方，轴向止推横梁(26)一侧连接轴向加载轴(27)，轴向加载轴(27)外部环绕轴向加载横梁(28)，轴向止推横梁(26)另一侧连接轴向力传感器外套(29)，轴向力传感器外套(29)包裹轴向力传感器(30)。...
【技术特征摘要】
1.一种适用于高速主轴刚度测试的非接触气膜加载装置，其特征在于：包括底座(1)、五自由度调节机构、内加载块组件、径向加载组件和轴向加载组件，五自由度调节机构安装在底座(1)上，内加载块组件设置在五自由度调节机构内孔中，径向加载组件和轴向加载组件设置在五自由度调节机构上；其中：五自由度调节机构包括底部框架(4)、下拉弹簧(5)、直线滑轨(7)、直线滑块(8)、直线导轨(9)、外框右板(13)、外框上板(14)、X向框架上板(15)、Z向框架左板(16)、转轴(17)、外框左板(18)、转轴框架(20)、X向框架(21)、Z向框架(22)、调高板(23)和高度调节旋钮(24)；内加载块组件包括内加载块-气路(19)、气动快速接头(25)、内加载块-止推(31)、内加载块-轴瓦(32)和内加载块(33)；径向加载组件包括力传感器外套(10)、径向力传感器(11)和径向加载轴(12)；轴向加载组件包括轴向止推横梁(26)、轴向加载轴(27)、轴向加载横梁(28)、轴向力传感器外套(29)和轴向力传感器(30)；底座(1)上安装底座滑轨(2)、底座滑块(3)和宽度调节块(6)，底座(1)上部支撑底部框架(4)，底座(1)和底部框架(4)之间设置下拉弹簧(5)，底部框架(4)上部中心位置设置直线滑轨(7)，直线滑轨(7)上方连接直线滑块(8)，直线滑块(8)上方为Z向框架(22)，Z向框架(22)上方设置直线导轨(9)，直线导轨(9)上方连接X向框架(21)，X向框架(21)内部包裹转轴框架(20)，转轴框架(20)内部设置内加载块-气路(19)，内加载块-气路(19)通过转轴(17)与转轴框架(20)相连，内加载块-气路(19)上方有X向框架上板(15)，X向框架(21)左侧设置Z向框架左板(16)，Z向框架左板(16)左侧设置外框左板(18)，外框左板(18)对称位置设置外框右板(13)，外框左板(18)...
【专利技术属性】
技术研发人员：冯明，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11
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