本发明专利技术公开了一种高速电主轴切削力模拟加载及测试装置，包括在径向电磁铁支架、一对轴向电磁铁支架、切向电磁铁支架上各自设置有加载电磁铁和单向拉压力传感器，单向拉压力传感器与滤波放大电路、A/D转换器依次连接，A/D转换器与加载控制器连接，加载控制器与工控机及单相可控硅整流电路分别连接，单相可控硅整流电路与整流变压器及各处直流励磁线圈同时连接；铜杯内圆柱面及外沿两侧喷镀有非晶态软磁合金涂层。本发明专利技术装置由单相可控硅整流电路产生可调节的直流励磁电流，经各励磁线圈形成直流气隙磁场，分别完成径向、切向及轴向电磁加载力的调节，共同实现切削力的模拟加载及非接触电磁加载力的测试。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于检测设备
，用于高速电主轴动态特性试验中模拟切削力负载的非接触电磁加载装置，涉及一种高速电主轴切削力模拟加载及测试装置。
技术介绍
高速电主轴技术的发展和应用大大推动了加工制造业技术的革新，以电主轴为基础的高速机床可实现快速、高精度加工，满足加工制造业日趋激烈的竞争需要。高速电主轴的动态特性决定了机床加工速度、精度及可靠性能否达到要求，故通过高速电主轴负载时的动态特性试验，可对以上性能参数进行分析，以改进电主轴及机床的结构设计。高速电主轴负载时的动态特性试验需要有一套加载装置，以模拟高速电主轴的切削力负载，并对加载力进行测试，完成高速电主轴负载状态下的动态特性分析。目前，高速电主轴动态特性试验中加载测试的主要方法为对拖式加载，即采用高速电主轴与测功机同轴连接的方法对高速电主轴进行加载。这种加载方法存在如下难以解决的问题1)只能模拟高速电主轴的负载扭矩，不能模拟加工时刀具与工件接触点的切向力、径向力和轴向力；2)由于测功机加载时产生的热量很大及结构限制，加载时所能达到的最高转速不超过15000rpm，对于更高转速的电主轴无法采用测功机进行加载。故对于高速电主轴应采用非接触加载方式，实现高速电主轴切削力负载的模拟。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种高速电主轴切削力模拟加载及测试装置，实现了高速电主轴动态特性分析试验中切削力负载的模拟。本专利技术所采用的技术方案是，一种高速电主轴切削力模拟加载及测试装置，包括机械部分和电气控制部分，1)所述的机械部分的结构是，在工作台上设置有电主轴支座和一个径向电磁铁支架、一个切向电磁铁支架和一对轴向电磁铁支架，电主轴支座上设置有电主轴，电主轴与空心的铜杯底端连接，铜杯开口端设置有外沿；径向电磁铁支架的端头伸进铜杯中，并安装有径向力加载电磁铁，径向力加载电磁铁上设置有竖直方向的直流励磁线圈①；一对轴向电磁铁支架分布在铜杯开口外沿两侧，每个轴向电磁铁支架上安装有一个轴向力加载电磁铁，该对轴向力加载电磁铁对称分布在外沿两侧，每个轴向力加载电磁铁上安装有一水平的直流励磁线圈②；切向电磁铁支架位于铜杯下方，切向电磁铁支架上安装有切向力加载电磁铁，切向力加载电磁铁安装有竖直方向的直流励磁线圈③；径向力加载电磁铁与切向力加载电磁铁靠近铜杯的底端，径向力加载电磁铁的轴线与切向力加载电磁铁的轴线重合，且该轴线平行于铜杯的竖直直径线；铜杯外沿两侧的轴向力加载电磁铁的轴线重合，且该轴线平行于铜杯的轴线；2)所述的电气控制部分结构是，在径向电磁铁支架、切向电磁铁支架和一对轴向电磁铁支架上各设置有一单向拉压力传感器，单向拉压力传感器输出端与滤波放大电路、A/D转换器依次连接，A/D转换器输出端与加载控制器连接，加载控制器与工控机连接，加载控制器与单相可控硅整流电路连接，单相可控硅整流电路与整流变压器连接，单相可控硅整流电 路的主电路输出端分别与直流励磁线圈①、②和③同时连接； 单相可控硅整流电路的控制电路部分由移相触发电路、隔离驱动电路依次连接组成，移相触发电路的输入端与加载控制器输出端连接。本专利技术的有益效果是，通过采用非接触加载，有效地解决了高速电主轴负载试验时难以加载及加载力难以测试的问题，既能模拟主轴的径向切削力，又能模拟主轴的切向及轴向切削力；整体装置造价低、便于安装使用，测试方法简便、精度高，经济效益显著。附图说明图1为本专利技术装置的结构示意图；图2为图1中沿A-A视向剖面图；图3为本专利技术装置中的部分电路连接示意图；图4为本专利技术装置实施过程中的铜杯的受力示意图；图5是本专利技术装置实施过程中的铜杯的受力侧视图。图中，1.电主轴，2.铜杯，3.非晶态软磁合金涂层，4.斜通孔，5.径向力加载电磁铁，6.径向电磁铁支架，7.轴向力加载电磁铁，8.轴向电磁铁支架，9.切向力加载电磁铁， 10.单向拉压力传感器，11.切向电磁铁支架，12.单相可控硅整流电路，13.加载控制器， 14.A/D转换器，15.滤波放大电路，16.工作台，17.电主轴支座，18.整流变压器，19.移相触发电路，20.隔离驱动电路，21.续流电路，22.径向整流电路，23.轴向整流电路，24.切向整流电路，25.工控机，①、②和③为三个直流励磁线圈。具体实施例方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术的高速电主轴切削力模拟加载及测试装置，包括机械部分和电气控制部分组成。如图1、图2，本专利技术装置的机械部分的结构是，在工作台16上设置有电主轴支座17和一个径向电磁铁支架6、一个切向电磁铁支架11和一对轴向电磁铁支架8，电主轴支座17上设置有电主轴1，电主轴1的轴端安装有用于加载的空心的铜杯2 ；铜杯2与电主轴1的连接端面设置有一圈沿轴向的斜通孔4，当电主轴1高速旋转时，可自动实现加载装置的散热冷却，满足长时间连续加载需要。径向电磁铁支架6、轴向电磁铁支架8和切向电磁铁支架11为精密加工的高强度合金支架，在径向电磁铁支架6的水平横梁上安装径向力加载电磁铁5 ；在轴向电磁铁支架 8上安装有一对相同的轴向力加载电磁铁7，该对轴向力加载电磁铁7对称分布在铜杯2外沿两侧，可对铜杯2产生向左或向右的水平轴向力；在切向电磁铁支架11上安装切向力加载电磁铁9 ；径向力加载电磁铁5与切向力加载电磁铁9靠近铜杯2的底端，经安装调整后保证径向力加载电磁铁5的轴线与切向力加载电磁铁9的轴线重合，且该轴线平行于铜杯 2的竖直直径线；铜杯2外沿两侧轴向力加载电磁铁7的轴线重合，且该轴线平行于铜杯2 的轴线；铜杯2内圆竖直方向的径向力加载电磁铁5上设置有直流励磁线圈①，铜杯2外沿两侧的轴向力加载电磁铁7上设置有直流励磁线圈②，铜杯2外圆竖直方向的切向力加载电磁铁9上设置有直流励磁线圈③，直流励磁线圈①、②和③分别形成各自的直流磁场，通过与铜杯2相互作用，产生稳定的径向、轴向和切向电磁加载力。径向电磁铁支架6横梁左端的径向力加载电磁铁5上方竖直安装有单向拉压力传感器10，用于检测铜杯2竖直径向电磁加载力，轴向电磁铁支架8横梁两端水平安装有另外一对同型号的单向拉压力传 感器10，用于检测铜杯2水平向左或向右的轴向电磁加载力； 参照图2，切向电磁铁支架11横梁左端水平安装同型号单向拉压力传感器10，用于检测水平切向电磁加载力。单向拉压力传感器10选用合肥博通公司TH48011型单向拉压力传感器，具有柱式梁结构，单向力误差很小，垂直力干扰引起的误差较小，满足了测试精度需要。参照图1、图3，本专利技术装置的电气控制部分结构是，加载力检测值m和加载力设定值η为加载控制器13输入信号，输入信号m和η形成的偏差量作为加载控制器13的PID控制算法输入量，经PID控制算法调节产生的输出控制信号接入单相可控硅整流电路12的控制电路输入端，单相可控硅整流电路12的主电路输入端与整流变压器I8连接；参照图3、图4，单相可控硅整流电路12的主电路输出端分别与直流励磁线圈①、②和③同时连接，直流励磁线圈①、②和③由单相可控硅整流电路12 产生稳定的直流励磁电流，并由加载控制器13完成直流励磁电流的控制；加载控制器13和作为上位机的工控机25连接，工控机25可生成人机交互操作界面，以输入加载力设定值η 及其它参数，该输入的设定值η等参数通过串口通信传送本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种高速电主轴切削力模拟加载及测试装置，其特征在于：包括机械部分和电气控制部分，１）所述的机械部分的结构是，在工作台（１６）上设置有电主轴支座（１７）和一个径向电磁铁支架（６）、一个切向电磁铁支架（１１）和一对轴向电磁铁支架（８），电主轴支座（１７）上设置有电主轴（１），电主轴（１）与空心的铜杯（２）底端连接，铜杯（２）开口端设置有外沿；径向电磁铁支架（６）的端头伸进铜杯（２）中，并安装有径向力加载电磁铁（５），径向力加载电磁铁（５）上设置有竖直方向的直流励磁线圈①；一对轴向电磁铁支架（８）分布在铜杯（２）开口外沿两侧，每个轴向电磁铁支架（８）上安装有一个轴向力加载电磁铁（７），该对轴向力加载电磁铁（７）对称分布在外沿两侧，每个轴向力加载电磁铁（７）上安装有一水平的直流励磁线圈②；切向电磁铁支架（１１）位于铜杯（２）下方，切向电磁铁支架（１１）上安装有切向力加载电磁铁（９），切向力加载电磁铁（９）安装有竖直方向的直流励磁线圈③；径向力加载电磁铁（５）与切向力加载电磁铁（９）靠近铜杯（２）的底端，径向力加载电磁铁（５）的轴线与切向力加载电磁铁（９）的轴线重合，且该轴线平行于铜杯（２）的竖直直径线；铜杯（２）外沿两侧的轴向力加载电磁铁（７）的轴线重合，且该轴线平行于铜杯（２）的轴线；２）所述的电气控制部分结构是，在径向电磁铁支架（６）、切向电磁铁支架（１１）和一对轴向电磁铁支架（８）上各设置有一单向拉压力传感器（１０），单向拉压力传感器（１０）输出端与滤波放大电路（１５）、Ａ／Ｄ转换器（１４）依次连接，Ａ／Ｄ转换器（１４）输出端与加载控制器（１３）连接，加载控制器（１３）与工控机（２５）连接，加载控制器（１３）与单相可控硅整流电路（１２）连接，单相可控硅整流电路（１２）与整流变压器（１８）连接，单相可控硅整流电路（１２）的主电路输出端分别与直流励磁线圈①、②和③同时连接；单相可控硅整流电路（１２）的控制电路部分由移相触发电路（１９）、隔离驱动电路（２０）依次连接组成，移相触发电路（１９）的输入端与加载控制器（１３）输出端连接。...
【技术特征摘要】
1.一种高速电主轴切削力模拟加载及测试装置，其特征在于包括机械部分和电气控制部分，1)所述的机械部分的结构是，在工作台(16)上设置有电主轴支座(17)和一个径向电磁铁支架(6)、一个切向电磁铁支架(11)和一对轴向电磁铁支架(8)，电主轴支座(17)上设置有电主轴(1)，电主轴(1) 与空心的铜杯⑵底端连接，铜杯⑵开口端设置有外沿；径向电磁铁支架(6)的端头伸进铜杯(2)中，并安装有径向力加载电磁铁(5)，径向力加载电磁铁(5)上设置有竖直方向的直流励磁线圈①；一对轴向电磁铁支架(8)分布在铜杯(2)开口外沿两侧，每个轴向电磁铁支架(8)上安装有一个轴向力加载电磁铁(7)，该对轴向力加载电磁铁(7)对称分布在外沿两侧，每个轴向力加载电磁铁(7)上安装有一水平的直流励磁线圈②；切向电磁铁支架(11)位于铜杯(2)下方，切向电磁铁支架(11)上安装有切向力加载电磁铁(9)，切向力加载电磁铁(9)安装有竖直方向的直流励磁线圈③；径向力加载电磁铁(5)与切向力加载电磁铁(9)靠近铜杯(2)的底端，径向力加载电磁铁(5)的轴线与切向力加载电磁铁(9)的轴线重合，且该轴线平行于铜杯(2)的竖直直径线；铜杯(2)外沿两侧的轴向力加载电磁铁(7)的轴线重合，且该轴线平行于铜杯(2)的轴线；2)所述的电气控制部分结构是，在径向电磁铁支架(6)、切向电磁铁支架(11)和一对轴向电磁铁支架(8)上各设置有一单向拉压力传感器(10)，单向拉压力传感器(10)输出端与滤波放大电路(15)、A/D转换器(14)依次连接，A/D转换器(14)输出端与加载控制器(13)连接，加载控制器(13)与工控机(25)连接，加载控制器(13)与单相可控...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏昭，邱荣华，周训通，原大宁，何强，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：87
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。