一种基于三向电磁力加载的高速电主轴动静刚度测试装置及方法

摘要

本发明公开了一种基于三向电磁力加载的高速电主轴动静刚度测试装置及方法，径向加载电磁铁采用差动控制，并且可以针对不同机床进行加载测试，具有广泛的适应性。通过力传感器和位移传感器采集的加载量和位移量，由计算处理单元对力信号和位移信号进行数据处理得到动刚度曲线和静刚度曲线，操作方便、准确、专业，成功的模拟了高速电主轴在工作过程中三向（轴向、径向和切向）受载情况，进而测试得到主轴的静刚度和动刚度特性，解决了现有技术中高速电主轴动静刚度分析测试中难以准确在线施加载荷及检测的问题。

主权项

一种基于三向电磁力加载的高速电主轴动静刚度测试装置，其特征在于，包括底座(4)，底座(4)上设有两个相对设置的径向加载电磁铁(6)和一个轴向加载电磁铁(11)；与高速电主轴(8)相连接的加载测试棒(9)设置在径向加载电磁铁(6)和轴向加载电磁铁(11)之间，加载测试棒(9)与径向加载电磁铁(6)、轴向加载电磁铁(11)之间均留有一定的间隙；加载测试棒(9)包括实心加载测试棒和外周开槽的加载测试棒两种，所述的外周开槽的加载测试棒中所开设的槽中设有绕阻导线，绕阻导线连接外置电源；径向加载电磁铁(6)后方均设有至少两个径向力传感器(5)，轴向加载电磁铁(11)的下方设有轴向力传感器(12)；径向位移传感器(7)和轴向位移传感器(10)分别通过位移传感器支架(3)设置在加载测试棒(9)的径向和轴向方向上，并留有一定间隙；位移传感器支架(3)上还分别设有扭矩传感器和角位移传感器；径向加载电磁铁(6)、轴向加载电磁铁(11)上的线圈分别与功率放大器(1)相连接，与计算处理单元(14)相连接的信号输出与采集模块(13)接收其发出的信号后，发送给功率放大器(1)；信号输出与采集模块(13)还分别与径向力传感器(5)、轴向力传感器(12)、径向位移传感器(7)、轴向位移传感器(10)、扭矩传感器和角位移传感器相连接，采集位移信号和力信号并将其发送给计算处理单元(14)；计算处理单元(14)根据所接收的位移信号和力信号经运算处理，得到动静刚度曲线；上述加载测试棒(9)通过与高速电主轴刀柄相匹配的连接部与高速电主轴相连接；其中，所述的径向力传感器(5)、轴向力传感器(12)均采用压电式力传感器或应变式拉压力传感器；测静态力及低频动态力时采用应变式拉压力传感器，测高频动态力时采用压电式力传感器；所述的位移传感器支架(3)包括与机床工作台(2)相连接的支撑座，支撑座上设有可供加载测试棒(9)穿过的固定框；径向位移传感器(7)和轴向位移传感器(10)设置在固定框上，径向位移传感器(7)分布在加载测试棒(9)不同的径向上；所述的底座(4)设置在机床工作台(2)上并且其位置可调，底座(4)上还设有吊环螺钉(15)；径向加载电磁铁(6)的磁极面所对应的中心线，与加载测试棒(9)的轴心线相重合；加载测试棒(9)为导磁性良好的金属棒。