CN206095625U - 一种多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台，包括测试机构、操作机构、控制单元和数据处理机构，测试机构包括有主轴固定机构、立卧转换加载装置和Z型测试架装置，主轴连同其主轴箱一起放置于工件台上并配合主轴固定机构安装好；Z型测试架装置安装于工作台上且整***于主轴前方，Z型测试架装置包括有电涡流位移传感器和一个红外线温度传感器。本实用新型针的加载***可以实现对主轴单元的轴向和径向加载，并且根据不同规格的主轴部件可以上下左右移动，具有高度灵活性，可以更贴合工况地实现对主轴部件刚度、振动、回转精度、温度、噪声等参数的采集和处理输出，以找出产品欠缺和不足之处，提升产品的质量和性能。

Description

一种多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台

技术领域

本实用新型涉及机械测试装置技术领域，具体涉及一种用于测试主轴部件的测试平台。

背景技术

随着我国高端装备制造技术的不断发展，我国机床装备制造已经向高速、高精和模块化制造方向发展，机床各个功能部件制造精度直接决定着机床整体综合机械性能，对于机床主要功能部件的机械特性综合测试分析技术为机床整体综合机械性能提供了保障。

目前我国对于高端数控机床的开发基本从原来的整体生产模式向着模块化生产模式转换，模块化生产关键问题是如何保证关键功能部件的质量，因此，关键功能部件的检测分析平台研究与开发将会对功能部件在完成组装后的综合指标进行检测与分析，为机床整体的可靠性、稳定性提供技术支持。

对主轴功能部件的综合机械特性进行测量和分析，是提高数控机床性能、保证加工精度和加工质量的基础。深入分析机床关键功能部件的测试技术，形成测试规范需要大量的、可靠的信息支撑，但国内外目前尚无能够实现机床主轴功能部件性能测试、形成量化数据采集的相关测试设备。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种适用于对不同规格、不同类型的主轴功能部件综合机械性能测试，实现对主轴功能部件的控制及模拟加载，完成相关数据采集、传送、处理及输出的多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台，其特征在于：包括测试机构、操作机构、控制单元和数据处理机构，操作机构对测试机构的运行进行控制，控制单元提供电源和信号传输，数据处理机构实现数据采集和处理；

测试机构包括有主轴固定机构、立卧转换加载装置和Z型测试架装置，主轴连同其主轴箱一起放置于工件台上并配合主轴固定机构安装好；Z型测试架装置以可移动的方式安装于工作台上且整***于主轴前方，Z型测试架装置包括有三个相互垂直的电涡流位移传感器和一个红外线温度传感器；

立卧转换加载装置包括有立卧转换机构、气缸、V型加载轴套和压力传感器，气缸安装于立卧转换机构上，V型加载轴套连接气缸的伸缩轴，压力传感器安装于V型加载轴套后面并与V型加载轴套紧贴；V型加载轴套前端与***在主轴中的加载棒对接。

进一步地，所述工作台为带有倒置T型槽的T型槽工作台，工作台安装于一底座上，通过工作台的T型槽上安装有一可滑动工字型座板，在该工字型座板上安装有一龙门架，龙门架位于主轴前方；Z型测试架装置安装于该工字型座板上且位于龙门架下；在工作台中设有底座丝杠，工字型座板连接底座丝杠，底座丝杠连接有底座丝杠手摇柄。

进一步地，所述Z型测试架装置还包括有L型固定板，在L型固定板的竖直面安装有Z型测试架丝杠和滑动导轨，Z型测试架丝杠位于两滑动导轨之间；在滑动导轨上安装有线性滑块，线性滑块同时连接Z型测试架丝杠，Z型测试架丝杠一端连接有Z型测试架丝杠手摇柄；在线性滑块上安装有电涡流位移传感器支架，三个电涡流位移传感器分别安装于电涡流位移传感器支架的三个相邻的垂直侧板上，且三个电涡流位移传感器的轴线交点位于主轴的轴线上；在电涡流位移传感器支架上还设有磁性表座Ⅱ，磁性表座Ⅱ通过一位置可调的支架安装有红外线温度传感器，红外线温度传感器朝向主轴。

进一步地，立卧转换加载装置安装于一横梁机构上，该横梁机构以可升降的方式安装于龙门架上。

进一步地，在龙门架的内侧面设有直齿条，横梁机构上的传动轴通过其两端的齿轮与直齿条啮合连接；传动轴上设有从动齿轮，从动齿轮啮合连接一横梁升降齿轮，该横梁升降齿轮固定于手摇传动轴上，该手摇传动轴通过轴承座安装于一横梁上，且手摇传动轴的一端连接有横梁移动手摇柄；在横梁上安装有一滑板，滑板连接有滑板移动手摇柄；立卧转换加载装置固定于滑板上。

进一步地，主轴固定机构包括有主轴固定架和用于从侧面固定主轴箱的压板，压板和主轴固定架均安装于工作台的T型槽中；主轴固定架上具有可调节装夹压板，可调节装夹压板从上面将主轴箱压紧于工作台上。

进一步地，在主轴前端处安装有三向加速度传感器；在主轴侧前方设有磁性表座Ⅰ，磁性表座Ⅰ上设有一电涡流位移传感器，该电涡流位移传感器对准***于主轴上的加载棒的轴心线。

进一步地，该测试平台还包括有冷却润滑装置和液压站，冷却润滑装置对主轴冷却和润滑。

进一步地，还包括有噪声传感器，噪声传感器安装于噪声传感器支架上，噪声传感器朝向主轴。

进一步地，立卧转换加载装置还包括有立卧转换手摇柄、立卧转换头Ⅰ和立卧转换头Ⅱ；立卧转换头Ⅰ与立卧转换头Ⅱ之间的相接面为45度倾斜面，且两者通过带有从动斜齿轮的转轴连接形成立卧转换头Ⅱ的可转换结构；所述从动斜齿轮在立卧转换头Ⅰ内啮合连接一锥齿轮，该锥齿轮固定于与立卧转换手摇柄连接的立卧转换传动轴上；卧转换头Ⅰ固定于滑板上；气缸安装于立卧转换头Ⅱ的外部。

本实用新型针对高档数控机床主轴部件的技术参数进行测试，研究开发集成化的、可用于生产现场的综合动态特性在线测试***；加载***可以实现对主轴单元的轴向和径向加载，并且根据不同规格的主轴部件可以上下左右移动，具有高度灵活性。另外根据行业标准，可以更贴合工况地实现对主轴部件刚度、振动、回转精度、温度、噪声等参数的采集，进而完成相关数据采集、传送、处理及输出，以找出产品欠缺及不足之处，用于指导现场生产，革新生产技术，提升产品的质量和性能，提高经济效益。

附图说明

图1为本实用新型整体结构图；

图2为测试机构结构图；

图3为图2的局部放大图；

图4为Z形测试架装置结构图；

图5为横梁机构结构图；

图6为立卧转换加载装置平面结构图。

图中，1、冷却润滑装置；2、液压站；3、压板；4、可调节装夹压板；5、主轴箱；6、主轴；7、主轴加载棒；8、立卧转换加载装置；9、Z型测试架装置；10、龙门架；11、工作台；12、操作机构；13、直齿条；14、底座；15、控制单元；16、底座丝杠；17、底座丝杠手摇柄；18、传动轴；19、数据处理机构；20、噪声传感器支架；21、噪声传感器； 22、磁性表座Ⅰ；23、三向加速度传感器；24、Z型测试架丝杠；25、滑块导轨；26、Z型测试架丝杠手摇柄；27、线性滑块；28、红外线温度传感器；29、磁性表座Ⅱ；30、电涡流位移传感器；31、电涡流位移传感器支架；32、L型固定板；33、滑板；34、横梁；35、横梁移动手摇柄；36、轴承座；37、横梁升降齿轮；38、滑板移动手摇柄；39、立卧转换手摇柄；40、立卧转换头Ⅰ；41、立卧转换头Ⅱ；42、气缸；43、V型加载轴套；44、压力传感器；45、T型螺栓；46、锥齿轮；47为主轴固定架。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明。

参照图1、图2、图4、图5和图6，所述多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台，包括测试机构、操作机构12、控制单元15和数据处理机构19，操作机构对测试机构的运行进行控制，控制单元提供电源和信号传输，数据处理机构19实现数据采集和处理；

测试机构包括有主轴固定机构47、立卧转换加载装置8和Z型测试架装置9，主轴6连同其主轴箱5一起放置于工件台11上并配合主轴固定机构安装好；Z型测试架装置9以可移动的方式安装于工作台11上且整***于主轴前方，Z型测试架装置9包括有三个相互垂直的电涡流位移传感器30和一个红外线温度传感器28；

立卧转换加载装置8包括有立卧转换机构、气缸42、V型加载轴套43和压力传感器44，气缸安装于立卧转换机构上，V型加载轴套连接气缸的伸缩轴，压力传感器安装于V型加载轴套后面并与V型加载轴套紧贴；V型加载轴套前端与***在主轴中的加载棒对接。

工作台11为带有倒置T型槽的T型槽工作台，工作台安装于一底座14上，通过工作台的T型槽上安装有一可滑动工字型座板，在该工字型座板上安装有一龙门架10，龙门架位于主轴前方；Z型测试架装置安装于该工字型座板上且位于龙门架下；在工作台中设有底座丝杠16，工字型座板连接底座丝杠16，底座丝杠连接有底座丝杠手摇柄17。

Z型测试架装置9还包括有L型固定板32，在L型固定板的竖直面安装有Z型测试架丝杠24和滑动导轨25，Z型测试架丝杠位于两滑动导轨之间；在滑动导轨上安装有线性滑块27，线性滑块同时连接Z型测试架丝杠，Z型测试架丝杠一端连接有Z型测试架丝杠手摇柄26；在线性滑块上安装有电涡流位移传感器支架31，三个电涡流位移传感器30分别安装于电涡流位移传感器支架的三个相邻的垂直侧板上，且三个电涡流位移传感器的轴线交点位于主轴的轴线上；在电涡流位移传感器支架上还设有磁性表座Ⅱ29，磁性表座Ⅱ29通过一位置可调的支架安装有红外线温度传感器28，红外线温度传感器朝向主轴。

立卧转换加载装置8安装于一横梁机构上，该横梁机构以可升降的方式安装于龙门架10上。

在龙门架10的内侧面设有直齿条13，横梁机构上的传动轴18通过其两端的齿轮与直齿条啮合连接；传动轴上设有从动齿轮，从动齿轮啮合连接一横梁升降齿轮37，该横梁升降齿轮固定于手摇传动轴上，该手摇传动轴通过轴承座36安装于一横梁34上，且手摇传动轴的一端连接有横梁移动手摇柄35；在横梁上安装有一滑板33，滑板连接有滑板移动手摇柄38；立卧转换加载装置8固定于滑板33上。

主轴固定机构包括有主轴固定架47和用于从侧面固定主轴箱5的压板3，压板和主轴固定架均安装于工作台的T型槽中；主轴固定架47上具有可调节装夹压板4，可调节装夹压板从上面将主轴箱5压紧于工作台上。

参照图3，在主轴6前端处安装有三向加速度传感器23；在主轴侧前方设有磁性表座Ⅰ22，磁性表座Ⅰ上设有一电涡流位移传感器，该电涡流位移传感器对准***于主轴上的加载棒7的轴心线。

该测试平台还包括有冷却润滑装置1和液压站2，冷却润滑装置1对主轴冷却和润滑。

还包括有噪声传感器21，噪声传感器安装于噪声传感器支架21上，噪声传感器朝向主轴6。

立卧转换加载装置8还包括有立卧转换手摇柄39、立卧转换头Ⅰ40和立卧转换头Ⅱ41；立卧转换头Ⅰ与立卧转换头Ⅱ之间的相接面为45度倾斜面，且两者通过带有从动斜齿轮的转轴连接形成立卧转换头Ⅱ的可转换结构；所述从动斜齿轮在立卧转换头Ⅰ内啮合连接一锥齿轮45，该锥齿轮固定于与立卧转换手摇柄连接的立卧转换传动轴上；卧转换头Ⅰ固定于滑板33上；气缸42安装于立卧转换头Ⅱ41的外部。

参照图1和图2，带T型槽的工作台11固定安装于底座14上，主轴6与主轴箱5组成整个的被检测对象，通过主轴固定架47的可调节装夹压板4，将其固定在工作台11上的T型槽中，针对多种规格的主轴单元进行测试，龙门架10底部的工字型座板与底座丝杠16相连，通过摇动底座丝杠手柄17使龙门架10前后移动。

参照图2 和图4，Z型测试架装置9通过T型槽与龙门架10的工字型座板活动连接，可以左右移动。其上安装两个相互垂直的电涡流位移传感器30，移动Z型测试架装置9靠近被测主轴6，测出被测试主轴6回转精度的径向跳动、端面跳动和角度摆动并通过数据处理机构19采集数据。

电涡流位移传感器支架31是类似L型的，分别在前后两端安装两个相互垂直的电涡流位移传感器30，并且两个传感器的轴心线与主轴6的轴心线是交于一点的，另外在其端面中心也安装有一个电涡流位移传感器，从而测出主轴6回转精度的径向跳动、端面跳动和角度摆动。

红外线温度传感器28被夹在磁性表座Ⅱ29上，磁性表座Ⅱ29吸附在电涡流位移传感器支架31靠近主轴的一端，工作时为了保证测试精度，其测试点应尽量靠近主轴的前轴承，红外线光束对准主轴锥孔斜面长度2/3处，从而测出被测主轴6回转在不同速度下的温度变化并由数据处理机构19采集数据。

如图2和图5所示，将横梁34通过传动轴18安装在龙门架10上，摇动横梁移动手摇柄35通过使整个横梁34上下移动，当横梁34上下移动到某一位置时，用螺栓紧固。滑板33安装在横梁34上，可以左右移动，其摇动滑板移动手摇柄38控制滑板33左右移动，当运动到某一位置时，用滑块夹具固定。

如图2和图6所示，立卧转换加载装置8的一端固定在传动轴18上，通过立卧转换手摇柄39实现主轴加载头立卧方向转化，在立卧转换加载装置8的下方安装SMC气缸42、压力传感器44和V型加载轴套43。

加载棒7***主轴锥孔中，当检测径向刚度时，通过控制单元15和V型块43使气缸42对加载棒7径向加载，此时磁性表座Ⅰ22夹持的电涡流位移传感器对准加载棒7的轴心线位置开始采集数据，压力传感器44采集气缸42的压力值；同法测试轴向刚度，此时磁性表座Ⅰ22夹持的电涡流位移传感器对准主轴轴承套的端面位置。

参照图3，三向加速度传感器23吸附在主轴6前端（支承刀具部位）处，测试其振动，另外动刚度是用结构的固有频率来衡量，因此可以同时测试其动刚度，从而更好的实现本测试平台的集成化。将噪声传感器21安装在噪声传感器支架22上面，实施对噪声的实时采集。

如图2和图4所示，Z型测试架装置9通过Z型测试架丝杠手摇柄26，来控制电涡流位移传感器支架31的上下移动。另外在Z型测试架装置9可以在六个方向自由移动，从而针对不同的主轴测试其回转精度。

如图6 所示，立卧转换加载装置8将立卧转换头Ⅰ40通过锥齿轮46和斜齿轮连接立卧转换头Ⅱ41，利用45°斜面接合面旋转原理，通过立卧转换手摇柄39完成立卧之间的转换。

立卧转换头Ⅰ40的45°斜面加工成圆形T型槽，利用T型螺栓45把立卧转换头Ⅱ41固定在一起，以满足无障碍旋转。

以上已将本实用新型做一详细说明，以上所述，仅为本实用新型之较佳实施例而已，当不能限定本实用新型实施范围，即凡依本申请范围所作均等变化与修饰，皆应仍属本实用新型涵盖范围内。

Claims (10)

1.一种多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台，其特征在于：包括测试机构、操作机构、控制单元和数据处理机构，操作机构对测试机构的运行进行控制，控制单元提供电源和信号传输，数据处理机构实现数据采集和处理；

测试机构包括有主轴固定机构、立卧转换加载装置和Z型测试架装置，主轴连同其主轴箱一起放置于工件台上并配合主轴固定机构安装好；Z型测试架装置以可移动的方式安装于工作台上且整***于主轴前方，Z型测试架装置包括有三个相互垂直的电涡流位移传感器和一个红外线温度传感器；

立卧转换加载装置包括有立卧转换机构、气缸、V型加载轴套和压力传感器，气缸安装于立卧转换机构上，V型加载轴套连接气缸的伸缩轴，压力传感器安装于V型加载轴套后面并与V型加载轴套紧贴；V型加载轴套前端与***在主轴中的加载棒对接。

2.根据权利要求1所述的多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台，其特征在于：所述工作台为带有倒置T型槽的T型槽工作台，工作台安装于一底座上，通过工作台的T型槽上安装有一可滑动工字型座板，在该工字型座板上安装有一龙门架，龙门架位于主轴前方；Z型测试架装置安装于该工字型座板上且位于龙门架下；在工作台中设有底座丝杠，工字型座板连接底座丝杠，底座丝杠连接有底座丝杠手摇柄。

3.根据权利要求2所述的多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台，其特征在于：所述Z型测试架装置还包括有L型固定板，在L型固定板的竖直面安装有Z型测试架丝杠和滑动导轨，Z型测试架丝杠位于两滑动导轨之间；在滑动导轨上安装有线性滑块，线性滑块同时连接Z型测试架丝杠，Z型测试架丝杠一端连接有Z型测试架丝杠手摇柄；在线性滑块上安装有电涡流位移传感器支架，三个电涡流位移传感器分别安装于电涡流位移传感器支架的三个相邻的垂直侧板上，且三个电涡流位移传感器的轴线交点位于主轴的轴线上；在电涡流位移传感器支架上还设有磁性表座Ⅱ，磁性表座Ⅱ通过一位置可调的支架安装有红外线温度传感器，红外线温度传感器朝向主轴。

4.根据权利要求3所述的多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台，其特征在于：立卧转换加载装置安装于一横梁机构上，该横梁机构以可升降的方式安装于龙门架上。

5.根据权利要求4所述的多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台，其特征在于：在龙门架的内侧面设有直齿条，横梁机构上的传动轴通过其两端的齿轮与直齿条啮合连接；传动轴上设有从动齿轮，从动齿轮啮合连接一横梁升降齿轮，该横梁升降齿轮固定于手摇传动轴上，该手摇传动轴通过轴承座安装于一横梁上，且手摇传动轴的一端连接有横梁移动手摇柄；在横梁上安装有一滑板，滑板连接有滑板移动手摇柄；立卧转换加载装置固定于滑板上。

6.根据权利要求2所述的多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台，其特征在于：主轴固定机构包括有主轴固定架和用于从侧面固定主轴箱的压板，压板和主轴固定架均安装于工作台的T型槽中；主轴固定架上具有可调节装夹压板，可调节装夹压板从上面将主轴箱压紧于工作台上。

7.根据权利要求1所述的多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台，其特征在于：在主轴前端处安装有三向加速度传感器；在主轴侧前方设有磁性表座Ⅰ，磁性表座Ⅰ上设有一电涡流位移传感器，该电涡流位移传感器对准***于主轴上的加载棒的轴心线。

8.根据权利要求1所述的多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台，其特征在于：该测试平台还包括有冷却润滑装置和液压站，冷却润滑装置对主轴冷却和润滑。

9.根据权利要求1所述的多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台，其特征在于：还包括有噪声传感器，噪声传感器安装于噪声传感器支架上，噪声传感器朝向主轴。

10.根据权利要求5所述的多规格主轴功能部件综合机械特性测试平台，其特征在于：立卧转换加载装置还包括有立卧转换手摇柄、立卧转换头Ⅰ和立卧转换头Ⅱ；立卧转换头Ⅰ与立卧转换头Ⅱ之间的相接面为45度倾斜面，且两者通过带有从动斜齿轮的转轴连接形成立卧转换头Ⅱ的可转换结构；所述从动斜齿轮在立卧转换头Ⅰ内啮合连接一锥齿轮，该锥齿轮固定于与立卧转换手摇柄连接的立卧转换传动轴上；卧转换头Ⅰ固定于滑板上；气缸安装于立卧转换头Ⅱ的外部。