本发明专利技术公开了一种模拟工况载荷条件下机床主轴热误差测试试验方法，其特点在于，采用模拟工况载荷条件下机床主轴热误差试验装置对机床主轴进行模拟工况载荷加载，该试验装置包括主轴热误差测试试验系统，还包括模拟工况载荷主轴加载装置；主轴加载装置包括力矩载荷加载装置和径向力载荷加载装置；力矩载荷加载装置包括磁粉制动器，磁粉制动器通过导向键和检验棒将模拟力矩载荷施加到主轴上；径向力载荷加载装置包括拉压力计，径向力调整螺栓通过挤压拉压力计产生模拟径向力载荷，并通过径向力导杆、滚动轴承和检验棒滚动接触将模拟径向力载荷施加到主轴上。本发明专利技术为机床主轴的精度预测、精度设计和热误差补偿提供了一种切实可行的试验方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及数控机床
，特别涉及一种模拟工况载荷条件下机床主轴热误 差测试试验方法。
技术介绍
数控机床的误差源主要包括几何误差、热误差、载荷误差及控制系统误差，其中， 几何误差和热误差占误差总量的40% -70%。对于高档数控机床而言，由于高速驱动部件 产生的热量远远高于传统机床，且由于其配套的各零部件加工精度、装配精度以及自身刚 度较高，几何误差以及切削力引起的载荷误差比重减小，因此热误差所占比重更大，成为影 响加工精度的最主要因素。目前针对数控机床空载工况下的主轴热误差测试、建模与仿真 分析已有大量研究。但是，在加工工况下，由于切削载荷所引起的主轴温升和热变形难以 体现在空载工况下的主轴热特性与热误差试验模型中，空载工况的主轴热场平衡与加工工 况的主轴热场平衡不一致，并且机床热态特性和动态特性以及载荷之间可能产生的耦合效 应，通常空载状态下的热误差模型难以反映主轴真实的热态特性和热误差状况，从而在实 际加工工况条件下难以获得满意的误差补偿效果；而真实加工工况下又无法进行机床热误 差的实时在线测试，因此研究模拟工况载荷条件下机床的热态特性对进一步深入了解主轴 的热态特性和热误差，提高数控机床的热误差补偿效果、切实提高机床的加工精度具有重 要意义。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种可以进行模拟工况载荷条 件下机床主轴热误差测试试验方法，用于研究机床主轴在工况载荷下的热态特性和热误差。本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是一种模拟工况载 荷条件下机床主轴热误差测试试验方法，在机床主轴空载运行的情况下，采用主轴热误差 测试试验系统测量机床主轴待测部位的温度和热误差，所述机床主轴待测部位的温度通过 安装在待测部位的热电阻来测量，所述机床热误差通过安装在传感器支架上的电涡流位移 传感器感应所述电涡流位移传感器与安装在所述机床主轴上的检验棒之间的相对距离变 化来实现；机床主轴采用模拟工况载荷主轴加载装置模拟工况载荷进行加载，所述主轴加 载装置包括力矩载荷加载装置和径向力载荷加载装置；所述力矩载荷加载装置包括磁粉制 动器，所述磁粉制动器安装在加载装置支架上，所述磁粉制动器通过导向键和所述检验棒 连接，所述检验棒与所述主轴连接，所述磁粉制动器通过所述导向键和所述检验棒将模拟 力矩载荷施加到所述主轴上；所述径向力载荷加载装置包括拉压力计，所述拉压力计安装 在径向力加载装置支承体上，所述径向力加载装置支承体与所述加载装置支架固定连接， 所述拉压力计设有受拉端和受压端，所述拉压力计的受拉端设有径向力调整螺栓，所述拉 压力计受压端设有径向力导杆，所述径向力导杆的远拉压力计端安装有滚动轴承，所述滚动轴承与所述检验棒滚动连接，所述径向力调整螺栓通过挤压所述拉压力计产生模拟径向 力载荷并通过所述径向力导杆、所述滚动轴承和所述检验棒施加到所述主轴上；1)在机床 主轴空载运行的情况下，在所述机床主轴待测部位的温度超过环境温度并稳定后，所述电 涡流位移传感器测得机床主轴在空载状态下的热误差；2)在机床主轴运行的情况下，在所 述机床主轴待测部位的温度保持为环境温度时，采用所述力矩载荷加载装置对机床主轴施 加模拟力矩载荷，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟力矩载荷作用下的载荷变形 误差；3)在机床主轴运行的情况下，在所述机床主轴待测部位的温度保持为环境温度时， 采用所述径向力载荷加载装置通过所述检验棒对机床主轴施加模拟径向力载荷，所述电涡 流位移传感器测得机床主轴在模拟径向力载荷作用下的载荷变形误差；4)在机床主轴运 行的情况下，在所述机床主轴待测部位的温度保持为环境温度时，采用所述力矩载荷加载 装置和所述径向力载荷加载装置通过所述检验棒对机床主轴同时施加模拟力矩载荷和模 拟径向力载荷，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟力矩载荷和模拟径向力载荷共 同作用下的载荷变形误差；5)在机床主轴运行的情况下，采用所述力矩载荷加载装置对机 床主轴施加模拟力矩载荷，在所述机床主轴待测部位的温度超过环境温度并稳定后，所述 电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟力矩载荷作用下的综合误差；6)在机床主轴运行 的情况下，采用所述径向力载荷加载装置对机床主轴施加模拟径向力载荷，在所述机床主 轴待测部位的温度超过环境温度并稳定后，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟径 向力载荷作用下的综合误差；7)在机床主轴运行的情况下，采用所述力矩载荷加载装置和 所述径向力载荷加载装置通过所述检验棒对机床主轴同时施加模拟力矩载荷和模拟径向 力载荷，在所述机床主轴待测部位的温度超过环境温度并稳定后，所述电涡流位移传感器 测得机床主轴在模拟力矩载荷和模拟径向力载荷共同作用下的综合误差；8)用步骤5)测 得的综合误差减去步骤2)测得的载荷变形误差获得模拟力矩载荷作用下机床主轴的综合 热误差，所述模拟力矩载荷作用下机床主轴的综合热误差减去步骤1)测得的机床主轴空 载工况下的主轴热误差获得模拟力矩载荷作用下的机床主轴附加热误差；9)用步骤6)测 得的综合误差减去步骤3)测得的载荷变形误差获得模拟径向力载荷作用下机床主轴的综 合热误差，所述模拟径向力载荷作用下机床主轴的综合热误差减去步骤1)测得的机床主 轴空载工况下的主轴热误差获得模拟径向力载荷作用下的机床主轴附加热误差；10)用步 骤7)测得的综合误差减去步骤4)测得的载荷变形误差获得模拟力矩载荷和模拟径向力载 荷共同作用下机床主轴的综合热误差，所述模拟力矩载荷和模拟径向力载荷共同作用下机 床主轴的综合热误差减去步骤1)测得的机床主轴空载工况下的主轴热误差获得模拟力矩 载荷和模拟径向力载荷共同作用下的机床主轴附加热误差。所述传感器支架设置有立式安装面和水平安装面；所述加载装置支架设置有立式 安装面和水平安装面。所述热电阻通过磁座安装在所述主轴的待测部位，所述磁座包括固定套和磁套， 所述热电阻与所述固定套螺纹连接，所述磁座通过所述磁套的磁力吸附在所述主轴表面； 所述热电阻的测试端与主轴被测部位表面接触，或者嵌装在所述主轴被测部位设置的测量 孔内，并与所述测量孔底面接触。所述径向力导杆装在径向力导套内，所述径向力导套固接在所述径向力加载装置 支承体上。5本专利技术具有的优点和积极效果是1)主轴模拟工况载荷加载与主轴的待测部位温度、热误差测量同步进行，可获得 近似真实加工工况条件下的主轴热态特性和热误差模型，为机床主轴的精度预测、精度设 计和误差补偿提供了一种切实可行的试验方法；2)由磁粉制动器产生的模拟力矩载荷可以通过励磁电流来调节载荷大小，由拉压 力计产生的模拟径向力载荷可以通过径向力调整螺栓的位移变化调节载荷大小，通过模拟 力矩载荷和模拟径向力载荷的组合，可以模拟出机床主轴的多种工况载荷；3)通过空载工况下的机床主轴热误差测试试验结果和多种模拟工况载荷下的机 床主轴热误差测试试验结果的对比分析，为研究机床主轴载荷_结构_热耦合效应提供了 一种有效的试验研究方法。附图说明图1为本专利技术的试验原理图；图2为卧式安装在主轴试验台上的模拟工况载荷条件下机床主轴热误差试验装 置；图3为立式安装在机床工作台上的模拟工况载荷条件下机床主轴热误差试验装 置；图4为模拟力矩载荷加载装置；图5为本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种模拟工况载荷条件下机床主轴热误差测试试验方法，在机床主轴空载运行的情况下，采用主轴热误差测试试验系统测量机床主轴待测部位的温度和热误差，所述机床主轴待测部位的温度通过安装在待测部位的热电阻来测量，所述机床热误差通过安装在传感器支架上的电涡流位移传感器感应所述电涡流位移传感器与安装在所述机床主轴上的检验棒之间的相对距离变化来实现；其特征在于，机床主轴采用模拟工况载荷主轴加载装置模拟工况载荷进行加载，所述主轴加载装置包括力矩载荷加载装置和径向力载荷加载装置；所述力矩载荷加载装置包括磁粉制动器，所述磁粉制动器安装在加载装置支架上，所述磁粉制动器通过导向键和所述检验棒连接，所述检验棒与所述主轴连接，所述磁粉制动器通过所述导向键和所述检验棒将模拟力矩载荷施加到所述主轴上；所述径向力载荷加载装置包括拉压力计，所述拉压力计安装在径向力加载装置支承体上，所述径向力加载装置支承体与所述加载装置支架固定连接，所述拉压力计设有受拉端和受压端，所述拉压力计的受拉端设有径向力调整螺栓，所述拉压力计受压端设有径向力导杆，所述径向力导杆的远拉压力计端安装有滚动轴承，所述滚动轴承与所述检验棒滚动连接，所述径向力调整螺栓通过挤压所述拉压力计产生模拟径向力载荷并通过所述径向力导杆、所述滚动轴承和所述检验棒施加到所述主轴上；１）在机床主轴空载运行的情况下，在所述机床主轴待测部位的温度超过环境温度并稳定后，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在空载状态下的热误差；２）在机床主轴运行的情况下，在所述机床主轴待测部位的温度保持为环境温度时，采用所述力矩载荷加载装置对机床主轴施加模拟力矩载荷，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟力矩载荷作用下的载荷变形误差；３）在机床主轴运行的情况下，在所述机床主轴待测部位的温度保持为环境温度时，采用所述径向力载荷加载装置通过所述检验棒对机床主轴施加模拟径向力载荷，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟径向力载荷作用下的载荷变形误差；４）在机床主轴运行的情况下，在所述机床主轴待测部位的温度保持为环境温度时，采用所述力矩载荷加载装置和所述径向力载荷加载装置通过所述检验棒对机床主轴同时施加模拟力矩载荷和模拟径向力载荷，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟力矩载荷和模拟径向力载荷共同作用下的载荷变形误差；５）在机床主轴运行的情况下，采用所述力矩载荷加载装置对机床主轴施加模拟力矩载荷，在所述机床主轴待测部位的温度超过环境温度并稳定后，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟力矩载荷作用下的综合误差；６）在机床主轴运行的情况下，采用所述径向力载荷加载装置对机床主轴施加模拟径向力载荷，在所述机床主轴待测部位的温度超过环境温度并稳定后，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟径向力载荷作用下的综合误差；７）在机床主轴运行的情况下，采用所述力矩载荷加载装置和所述径向力载荷加载装置通过所述检验棒对机床主轴同时施加模拟力矩载荷和模拟径向力载荷，在所述机床主轴待测部位的温度超过环境温度并稳定后，所述电涡流位移传感器测得机床主轴在模拟力矩载荷和模拟径向力载荷共同作用下的综合误差；８）用步骤５）测得的综合误差减去步骤２）测得的载荷变形误差获得模拟力矩载荷作用下机床主轴的综合热误差，所述模拟力矩载荷作用下机床主轴的综合热误差减去步骤１）测得的机床主轴空载工况下的主轴热误差获得模拟力矩载荷作用下的机床主轴附加热误差；９）用步骤６）测得的综合误差减去步骤３）测得的载荷变形误差获得模拟径向力载荷作用下机床主轴的综合热误差，所述模拟径向力载荷作用下机床主轴的综合热误差减去步骤１）测得的机床主轴空载工况下的主轴热误差获得模拟径向力载荷作用下的机床主轴附加热误差；１０）用步骤７）测得的综合误差减去步骤４）测得的载荷变形误差获得模拟力矩载荷和模拟径向力载荷共同作用下机床主轴的综合热误差，所述模拟力矩载荷和模拟径向力载荷共同作用下机床主轴的综合热误差减去步骤１）测得的机床主轴空载工况下的主轴热误差获得模拟力矩载荷和模拟径向力载荷共同作用下的机床主轴附加热误差。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：高卫国，张大卫，齐向阳，崔良玉，张宏杰，沈煜，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12
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