本發(fā)明涉及主軸動(dòng)剛度測試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種主軸轉(zhuǎn)子動(dòng)剛度性能測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

高檔數(shù)控機(jī)床是高精度數(shù)字化制造的基礎(chǔ)裝備，是反應(yīng)國家制造水平的重要指標(biāo)。高速高精密主軸是高檔數(shù)控機(jī)床的核心功能部件，主軸的動(dòng)態(tài)特性將直接影響加工效率和加工精度。主軸動(dòng)態(tài)特性與主軸設(shè)計(jì)和加工水平有直接的關(guān)系，因此，要想改善主軸的動(dòng)態(tài)特性就必須提高主軸的設(shè)計(jì)加工制造能力，通過主軸測試手段可以實(shí)現(xiàn)主軸動(dòng)態(tài)特性的檢測，并且反推設(shè)計(jì)加工水平，有效提高主軸的加工制造水平。動(dòng)剛度是反應(yīng)主軸動(dòng)態(tài)特性的重要參數(shù)，對其進(jìn)行測試具有重要意義。

主軸交付給用戶以后，用戶會(huì)結(jié)合被加工件的加工要求和主軸的加工能力進(jìn)行加工參數(shù)的設(shè)置，由于沒有動(dòng)剛度參數(shù)，用戶無法判斷主軸抵抗切削激勵(lì)力的能力，設(shè)置過大的加工量會(huì)造成主軸振動(dòng)過大、發(fā)熱嚴(yán)重等問題，嚴(yán)重縮短主軸壽命；設(shè)置過小的加工量則會(huì)嚴(yán)重限制加工效率。由此可見，動(dòng)剛度參數(shù)對于客戶正常使用電主軸進(jìn)行工作具有重大意義，是必須要考慮和提供給客戶的重要參數(shù)。

主軸行業(yè)現(xiàn)有的成熟剛度測試設(shè)備都是針對靜剛度展開的，其原理是對主軸施加恒定載荷，通過傳感器或千分表拾取轉(zhuǎn)子系統(tǒng)對應(yīng)位置的位移量，然后求取力與變形量的比值來表示靜剛度。由于主軸動(dòng)態(tài)情況下難以無干擾加載，所以給主軸動(dòng)剛度測試造成了困難，現(xiàn)有滾輪施加載荷的方式會(huì)對主軸轉(zhuǎn)子表面造成磨損，且有轉(zhuǎn)速損失，影響測試精度；電磁加載方式雖然實(shí)現(xiàn)了非接觸式加載，但是由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大批量應(yīng)用存在一定的困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供了一種主軸轉(zhuǎn)子動(dòng)剛度性能測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)主軸徑向動(dòng)剛度的測試，能夠有效的解決主軸動(dòng)態(tài)加載問題和動(dòng)態(tài)變形量拾取問題，提高主軸的設(shè)計(jì)加工水平。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

一種主軸轉(zhuǎn)子動(dòng)剛度性能測試系統(tǒng)，包括主軸減震夾持試驗(yàn)臺(tái)2，主軸減震夾持試驗(yàn)臺(tái)2下方連接有減震裝置1，主軸減震夾持試驗(yàn)臺(tái)2上方連接有可移動(dòng)式主軸夾持裝置3，可移動(dòng)式主軸夾持裝置3夾持的主軸轉(zhuǎn)子6上通過過盈配合套裝有載荷傳遞裝置9，載荷傳遞裝置9處連接有電渦流式位移傳感器，電渦流式位移傳感器的信號(hào)輸出端通過第一信號(hào)調(diào)理模塊5-1和四通道數(shù)據(jù)采集卡10的第一輸入端連接；

主軸減震夾持試驗(yàn)臺(tái)2通過垂直安裝的方式安裝有加載氣缸13，加載氣缸13的前端連接有力傳感器11，加載氣缸13的輸出軸頂端通過施力頂尖12和載荷傳遞裝置9配合，通過施力頂尖12施加力到載荷傳遞裝置9上，力傳感器11的信號(hào)輸出端通過第二信號(hào)調(diào)理模塊5-2和四通道數(shù)據(jù)采集卡10的第二輸入端連接；

四通道數(shù)據(jù)采集卡10的輸出端和中控工作臺(tái)14的輸入端連接，中控工作臺(tái)14上搭載有信號(hào)采集分析軟件，信號(hào)采集分析軟件集成了信號(hào)采集、信號(hào)剔除算法、傅里葉變換以及剛度計(jì)算的程序。

所述的載荷傳遞裝置9包括圓柱滾子軸承9-2，圓柱滾子軸承9-2的外側(cè)連接有載荷傳遞裝置內(nèi)環(huán)9-3，載荷傳遞裝置內(nèi)環(huán)9-3的外側(cè)設(shè)置有通過緊固螺釘9-4連接成一體的載荷裝置外環(huán)9-1，圓柱滾子軸承9-2比主軸支撐軸承角接觸球軸承的剛度大一個(gè)數(shù)量級(jí)。

一種主軸轉(zhuǎn)子動(dòng)剛度性能測試系統(tǒng)的測試方法，包括以下步驟：

1)調(diào)節(jié)可移動(dòng)式主軸夾持裝置3與加載氣缸13之間的距離，將被測主軸安裝在可移動(dòng)式主軸夾持裝置3上，將載荷傳遞裝置9安裝到主軸轉(zhuǎn)子6前端，使得載荷傳遞裝置9的載荷裝置外環(huán)9-1正對著施力頂尖12，載荷傳遞裝置9在安裝之前應(yīng)首先測試得到其質(zhì)量m；

2)將電渦流位移傳感器安裝在載荷傳遞裝置9對應(yīng)的測試位置，微調(diào)電渦流位移傳感器至量程內(nèi)，連接好信號(hào)調(diào)理模塊、采集卡10和中控工作臺(tái)14；開始測試時(shí)，中控工作臺(tái)14通過控制加載氣缸13施加一個(gè)預(yù)載荷F＝mg給載荷傳遞裝置9，保證產(chǎn)生的摩擦力在徑向上能夠抵消圓柱滾子軸承9-2的啟動(dòng)摩擦力矩，通過中控工作臺(tái)14控制采集到力信號(hào)F₁和電渦流位移傳感器位置的位移信號(hào)S₁(t)，控制被測主軸在測試轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，繼續(xù)控制加載氣缸13施加載荷至F₂，同步采集位移信號(hào)S₂(t)；

3)中控工作臺(tái)14采集到的位移信號(hào)為時(shí)域信號(hào)，信號(hào)采集分析軟件對其進(jìn)行FFT變換得到頻域幅值S₁(ω)和S₂(ω)，則在該測試轉(zhuǎn)速下的動(dòng)剛度改變測試轉(zhuǎn)速即得到隨轉(zhuǎn)速分布的動(dòng)剛度曲線。

本發(fā)明的有益效果為：加載氣缸13給載荷傳遞裝置9施加載荷，通過電渦流位移傳感器、力傳感器11及中控工作臺(tái)14實(shí)現(xiàn)主軸徑向動(dòng)剛度的測試，本發(fā)明能夠有效的解決主軸動(dòng)態(tài)加載問題和動(dòng)態(tài)變形量拾取問題，提高主軸的設(shè)計(jì)加工水平。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的載荷傳遞單元結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的闡述。

參照圖1，一種主軸轉(zhuǎn)子動(dòng)剛度性能測試系統(tǒng)，包括主軸減震夾持試驗(yàn)臺(tái)2，主軸減震夾持試驗(yàn)臺(tái)2下方連接有減震裝置1，主軸減震夾持試驗(yàn)臺(tái)2上方連接有可移動(dòng)式主軸夾持裝置3，可移動(dòng)式主軸夾持裝置3通過螺栓與主軸減震夾持試驗(yàn)臺(tái)2表面溝槽連接，可以調(diào)節(jié)不同型號(hào)主軸與測試加載部分的位置調(diào)節(jié)；可移動(dòng)式主軸夾持裝置3夾持的主軸轉(zhuǎn)子6上通過過盈配合套裝有載荷傳遞裝置9，并由調(diào)節(jié)套筒8和鎖緊螺母7實(shí)現(xiàn)載荷傳遞裝置9在主軸轉(zhuǎn)子6上的徑向定位，載荷傳遞裝置9的兩側(cè)及正上方通過磁座連接有第一電渦流式位移傳感器4-1、第二電渦流式位移傳感器4-2以及第三電渦流式位移傳感器4-3，第一電渦流式位移傳感器4-1、第二電渦流式位移傳感器4-2以及第三電渦流式位移傳感器4-3的信號(hào)輸出端通過第一信號(hào)調(diào)理模塊5-1和四通道數(shù)據(jù)采集卡10的第一輸入端連接，采用三只電渦流式位移傳感器可以采集載荷傳遞裝置9左中右三項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過信號(hào)處理取最有用的信號(hào)進(jìn)行計(jì)算；

主軸減震夾持試驗(yàn)臺(tái)2的中孔處通過垂直安裝的方式安裝有加載氣缸13，加載氣缸13的前端連接有力傳感器11，加載氣缸13的輸出軸頂端通過施力頂尖12和載荷傳遞裝置9配合，通過施力頂尖12施加力到載荷傳遞裝置9上，加載氣缸13施加預(yù)載荷的方式抵消載荷傳遞裝置9自身的重力，使得測試載荷更加準(zhǔn)確，力傳感器11的信號(hào)輸出端通過第二信號(hào)調(diào)理模塊5-2和四通道數(shù)據(jù)采集卡10的第二輸入端連接；

四通道數(shù)據(jù)采集卡10的輸出端和中控工作臺(tái)14的輸入端連接，中控工作臺(tái)14上搭載有信號(hào)采集分析軟件，信號(hào)采集分析軟件集成了信號(hào)采集、信號(hào)剔除算法、傅里葉變換以及剛度計(jì)算的程序。

參照圖2，所述的載荷傳遞裝置9包括圓柱滾子軸承9-2，圓柱滾子軸承9-2的外側(cè)連接有載荷傳遞裝置內(nèi)環(huán)9-3，載荷傳遞裝置內(nèi)環(huán)9-3的外側(cè)設(shè)置有通過緊固螺釘9-4連接成一體的載荷裝置外環(huán)9-1，圓柱滾子軸承9-2比主軸支撐軸承角接觸球軸承的剛度大一個(gè)數(shù)量級(jí)，這種連接可以調(diào)節(jié)圓柱滾子軸承9-2游隙，便于力的有效傳遞。

一種主軸轉(zhuǎn)子動(dòng)剛度性能測試系統(tǒng)的測試方法，包括以下步驟：

1)調(diào)節(jié)可移動(dòng)式主軸夾持裝置3與加載氣缸13之間的距離，將被測主軸安裝在可移動(dòng)式主軸夾持裝置3上，將載荷傳遞裝置9利用壓入法安裝到主軸轉(zhuǎn)子6前端，使得載荷傳遞裝置9的載荷裝置外環(huán)9-1正對著施力頂尖12，然后安裝對應(yīng)的調(diào)整套筒8和鎖緊螺母7，需要注意的是，載荷傳遞裝置9在安裝之前應(yīng)首先測試得到其質(zhì)量m，以備后續(xù)計(jì)算使用；載荷裝置外環(huán)9-1的下表面需要做粗糙化處理，以便于增大摩擦力來抵消圓柱滾子軸承9-2的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦力矩，載荷裝置外環(huán)9-1的上表面做精磨處理提高表面光潔度，并且要求平面度達(dá)到2μm，保證測試精度；

2)用磁座將三個(gè)電渦流位移傳感器安裝在載荷傳遞裝置9對應(yīng)的測試位置，微調(diào)電渦流位移傳感器至量程內(nèi)，連接好信號(hào)調(diào)理模塊、采集卡10和中控工作臺(tái)14；開始測試時(shí)，中控工作臺(tái)14通過控制加載氣缸13施加一個(gè)預(yù)載荷F＝mg給載荷傳遞裝置9，保證產(chǎn)生的摩擦力在徑向上能夠抵消圓柱滾子軸承9-2的啟動(dòng)摩擦力矩，通過中控工作臺(tái)14控制采集到力信號(hào)F₁和三個(gè)電渦流位移傳感器位置的位移信號(hào)S₁(t)，利用變頻器控制被測主軸在測試轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，繼續(xù)控制加載氣缸13施加載荷至F₂，同步采集位移信號(hào)S₂(t)；

3)中控工作臺(tái)14采集到的位移信號(hào)為時(shí)域信號(hào)，信號(hào)采集分析軟件對其進(jìn)行FFT變換得到頻域幅值S₁(ω)和S₂(ω)，則在該測試轉(zhuǎn)速下的動(dòng)剛度改變測試轉(zhuǎn)速即得到隨轉(zhuǎn)速分布的動(dòng)剛度曲線。