CN110553574A - 一种机械主轴测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械主轴测试平台，包括固定在测试台上的若干主轴固定座，主轴固定座用于固定主轴系，若干主轴固定座等间距的固定在测试台上，主轴系固定穿设在主轴固定座内，主轴系包括固定在主轴上的从动轮，测试台上设置有电机，电机的输出轴上连接有主动轮，主动轮由多个轮毂组成，主动轮与从动轮通过皮带传动连接。若干主轴固定座和多个轮毂组成的主动轮，可在测试台上安装多个主轴系进行测试，同时一台电机可带动多个主轴系运转，避免了安装多个电机，造成成本的增高，同时增大了测试台的体积。同时，测试台上还设置有轴向测量装置和径向测量装置，对主轴运转时产生轴向窜动和径向跳动进行测量，模拟机械主轴在工作中的运行状态并准确的测量径向和轴向的位移量。

Description

一种机械主轴测试平台

技术领域

本发明涉及主轴测试领域，具体为一种机械主轴测试平台。

背景技术

机床（英文名称：machine tool）是指制造机器的机器，亦称工作母机或工具机，习惯上简称机床。一般分为金属切削机床、锻压机床和木工机床等。现代机械制造中加工机械零件的方法很多：除切削加工外，还有铸造、锻造、焊接、冲压、挤压等，但凡属精度要求较高和表面粗糙度要求较细的零件，一般都需在机床上用切削的方法进行最终加工。机床在国民经济现代化的建设中起着重大作用，机床产业是一个国家发展的基础产业，一个国家的机床行业发展水平在一定程度上标志着一个国家工业化程度的高低，高档数控机床更是国家战略层面的基础制造装备，随着机床行业的逐步升级，人们对机床的加工精度及精度保持性提出了更高的要求，在机床的总误差中，热误差占有很大的比例，国外的研究学者认为，热变形引起的制造误差约 占总制造误差的40％-70％。

主轴作为机床的加工执行部件，是机床最重要的组成部分。机械主轴是目前而言最为常用的主轴类型之一，机械主轴在运转的过程中会产生轴向的窜动和径向的跳动，而轴向的窜动和径向的跳动也会影响零件的加工精度，因此，如何能准确模拟机械主轴在工作中的运行状态并准确的测量轴向的窜动和径向的跳动有着重要的意义。而现有技术中没有集测量轴向窜动和径向跳动于一体的测试平台，同时现有的测试平台不能对多个主轴进行测量，导致工作效率低。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种机械主轴测试平台，包括固定在测试台上的若干主轴固定座，主轴固定座用于固定主轴系，若干主轴固定座等间距的固定在测试台上，主轴系固定穿设在主轴固定座内，主轴系包括固定在主轴上的从动轮，测试台上设置有电机，电机的输出轴上连接有主动轮，主动轮由多个轮毂组成，主动轮与从动轮通过皮带传动连接。若干主轴固定座和多个轮毂组成的主动轮，可在测试台上安装多个主轴系进行测试，同时一台电机可带动多个主轴系运转，避免了安装多个电机，造成成本的增高，同时增大了测试台的体积。

主轴固定座包括固定环a和固定环b，固定环a和固定环b内圈呈圆周均布有若干弹性钉，主轴在运转时会产生轴向窜动和径向跳动，使主轴系在运转时与主轴固定座产生挤压，易对主轴系造成损坏，而弹性钉则对产生的力进行缓冲，保护了主轴系不被损坏。

测试台设置有轴向测量装置和径向测量装置，对主轴运转时产生轴向窜动和径向跳动进行测量，模拟机械主轴在工作中的运行状态并准确的测量径向和轴向的位移量。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种机械主轴测试平台，包括固定在测试台上的若干主轴固定座，所述主轴固定座用于固定主轴系，若干所述主轴固定座等间距的固定在所述测试台上；

所述主轴系包括主轴、从动轮和套筒，所述主轴可转动的穿设在所述套筒内，所述主轴的一端固定有所述从动轮；

所述主轴固定座包括底座、固定环a和固定环b，所述固定环a和固定环b均由两个半圆环组成，所述固定环b固定在所述底座上，所述固定环a的一侧与所述固定环b活动连接，另一侧通过螺栓固定，所述固定环a和固定环b内壁均呈圆周均布有若干弹性钉，所述主轴系固定穿设在所述固定环a和固定环b内；

所述测试台上还固定有电机，所述电机的输出轴上固定有主动轮，所述主动轮由若干个轮毂组成，所述主动轮与所述从动轮通过皮带传动连接；

所述固定底座的一侧设置有径向测量装置，所述径向测量装置用于测量所述主轴系的径向跳动量，所述固定底座的另一侧设置有轴向测量装置，所述轴向测量装置用于测量所述主轴系的轴向窜动量。

进一步地，所述径向测量装置包括固定座、径向螺杆和电涡流传感器，所述固定座固定在所述测试台上，所述固定座上开设有贯穿的内螺纹孔，所述径向螺杆通过螺纹连接于所述固定座的内螺纹孔内，所述径向螺杆的中心轴与所述主轴的中心轴垂直设置，所述径向螺杆靠近所述主轴的一端设有轴肩，所述轴肩上设置有所述电涡流传感器，所述电涡流传感器包括安装在所述轴肩中心位置的径向探头。

进一步地，所述径向螺杆远离所述径向探头的一端设置有导向装置，所述导向装置包括导向座、导向杆和转盘，所述导向座固定在所述测试台上，所述导向杆可活动的穿设在所述导向座内，所述导向杆靠近所述径向螺杆的一端为平口型，所述径向螺杆远离所述径向探头设有十字槽口，所述导向杆设有平口型的一端与所述十字槽口相配合，所述导向杆远离所述径向螺杆的一端固定有所述转盘。

进一步地，所述轴向测量装置包括压力传感组件、顶杆a、位移传感器、底板、挡板a和挡板b，所述底板的一端固定在所述测试台的一侧，所述挡板a和所述挡板b均固定在所述底板上，所述挡板b靠近所述主轴设置，所述挡板b上固定有所述位移传感器，所述位移传感器用于检测所述主轴运转时的轴向位移，所述挡板a和挡板b均开设有内螺纹孔，所述顶杆a为螺杆型，所述顶杆a通过螺纹连接于所述挡板a和挡板b的内螺纹孔内，所述顶杆a远离所述挡板a的一端固定有所述压力传感组件，所述压力传感组件用于检测所述主轴运转时的轴向载荷。

进一步地，所述压力传感组件包括顶杆b和压力传感器，所述压力传感器设置在所述顶杆a上，所述压力传感器远离所述顶杆a的一端设置有所述顶杆a，所述顶杆a远离所述压力传感器的一端通过螺母固定在所述挡板a上。

进一步地，所述顶杆b远离所述压力传感器的一端设计为球形，所述主轴、顶杆a和顶杆b均同轴设置。

进一步地，所述电机为变频电机。

进一步地，所述弹性钉采用尼龙铆钉，且为碗状结构。增大了固定环a和轴向测量装置、固定环b和温度测量装置的接触面积，保护了轴向测量装置和径向测量装置不受损坏。

本发明的有益效果是：

一种机械主轴测试平台，包括固定在测试台上的若干主轴固定座，主轴固定座用于固定主轴系，若干主轴固定座等间距的固定在测试台上，主轴系固定穿设在主轴固定座内，主轴系包括固定在主轴上的从动轮，测试台上设置有电机，电机的输出轴上连接有主动轮，主动轮由多个轮毂组成，主动轮与从动轮通过皮带传动连接。若干主轴固定座和多个轮毂组成的主动轮，可在测试台上安装多个主轴系进行测试，同时一台电机可带动多个主轴系运转，避免了安装多个电机，而造成成本的增高，同时增大了测试台的体积的问题。

主轴固定座包括固定环a和固定环b，固定环a和固定环b内圈呈圆周均布有若干弹性钉，主轴在运转时会产生轴向窜动和径向跳动，使主轴系在运转时与主轴固定座产生挤压，易对主轴系造成损坏，而弹性钉则对产生的力进行缓冲，保护了主轴系不被损坏。

测试台设置有轴向测量装置和径向测量装置，对主轴运转时产生轴向窜动和径向跳动进行测量，模拟机械主轴在工作中的运行状态并准确的测量径向和轴向的位移量。

附图说明

图1为本发明一种机械主轴测试平台结构示意图；

图2为本发明一种机械主轴测试平台整体结构俯视图；

图3为本发明一种机械主轴测试平台中径向测量装置结构示意图；

图4为本发明一种机械主轴测试平台中轴向测量装置结构示意图；

图中，1-测试台，2-主轴固定座，3-主轴系，4-电机，5-主动轮，6-皮带，7-径向测量装置，8-轴向测量装置，9-导向装置，10-固定环a，11-弹性钉，12-螺栓，13-固定环b，31-主轴，32-从动轮，33-套筒，71-固定座，72-径向螺杆，73-径向探头，74-电涡流传感器，75-轴肩，91-导向座，92-导向杆，93-转盘，81-顶杆a，82-顶杆b，83-位移传感器，84-压力传感器，85-底板，86-挡板a，87-挡板b。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

主轴作为机床的加工执行部件，是机床最重要的组成部分。机械主轴是目前而言最为常用的主轴类型之一，机械主轴在运转的过程中会产生轴向的窜动和径向的跳动，而轴向的窜动和径向的跳动也会影响零件的加工精度，其次在需要多个主轴时，需要对多个主轴进行工作状态的模拟，而现有技术在对多个主轴进行测试时，需要逐一对单个主轴进行测试，增加了测试的工时，造成效率低，同时现有技术没有测试台能综合的对主轴进行工作状态的模拟，使主轴在工作时不能有效的克服主轴运转带来的轴向窜动和径向跳动的弊端，导致加工的零件精度低，或者不能正常使用，造成了成本的增加，为此，本申请设计了如下结构解决上述问题，具体结构如下：

如图1所示，一种机械主轴测试平台，包括固定在测试台1上的若干主轴固定座2，主轴固定座2用于固定主轴系3，若干主轴固定座2等间距的固定在测试台1上；

主轴系3包括主轴31、从动轮32和套筒33，主轴31可转动的穿设在套筒33内，主轴31的一端固定有从动轮32；

主轴固定座2包括底座、固定环a10和固定环b13，固定环a10和固定环b13均由两个半圆环组成，固定环b13固定在底座上，固定环a10的一侧与固定环b13活动连接，另一侧通过螺栓12固定，固定环a10和固定环b13内壁均呈圆周均布有若干弹性钉11，主轴系3固定穿设在固定环a10和固定环b13内；

测试台1上还固定有电机4，电机4的输出轴上固定有主动轮5，主动轮5由若干个轮毂组成，主动轮5与从动轮32通过皮带6传动连接；

上述结构实现了测试台1对多个主轴系3同时检测的效果，具体实施方式为：在测试台1上安装若干主轴固定座2，多个主轴系3可分别固定在若干主轴固定座2内，测试台1上还固定有电机4，电机4的输出轴上固定有主动轮5，主动轮5由多个轮毂组成，主轴系3上均设有从动轮32，主动轮5与从动轮32通过皮带6传动连接，在主动轮5的轮毂上安装多个皮带6，带动多个主轴系3上的从动轮32运转。实现了同一电机4带动多个主轴系3运转，同时也实现了单个测试台1对多个主轴系3进行测试，减少了电机4的设置，降低了成本，提高了对多个主轴系3测试的效率。

如图2所示，固定底座2的一侧设置有径向测量装置7，径向测量装置7用于测量主轴系3的径向跳动量，固定底座2的另一侧设置有轴向测量装置8，轴向测量装置8用于测量主轴系3的轴向窜动量。通过设置轴向测量装置8和径向测量装置7，对主轴运转时产生轴向窜动和径向跳动进行测量，模拟机械主轴在工作中的运行状态并准确的测量径向和轴向的位移量。具体设计如下：

如图3和图4所示，径向测量装置7包括固定座71、径向螺杆72和电涡流传感器74，固定座71固定在测试台1上，固定座71上开设有贯穿的内螺纹孔，径向螺杆72通过螺纹连接于固定座71的内螺纹孔内，径向螺杆72的中心轴与主轴31的中心轴垂直设置，径向螺杆72靠近主轴31的一端设有轴肩75，轴肩75上设置有电涡流传感器74，电涡流传感器74包括安装在轴肩75中心位置的径向探头73；

径向螺杆72远离径向探头73的一端设置有导向装置9，导向装置9包括导向座91、导向杆92和转盘93，导向座91固定在测试台1上，导向杆92可活动的穿设在导向座91内，导向杆92靠近径向螺杆72的一端为平口型，径向螺杆72远离径向探头73设有十字槽口，导向杆92设有平口型的一端与十字槽口相配合，导向杆92远离径向螺杆72的一端固定有转盘93。

上述径向测量装置7的具体实施过程为：把主轴系3安装在主轴固定座2上，将导向杆92平口型的一端与径向螺杆72的十字槽口相配合，然后手动旋转转盘93，使导向杆92推动径向螺杆72靠近主轴系3运动或者远离主轴系3运动，从而调节电涡流传感器74与主轴系3之间的距离，电涡流传感器74检测主轴系3在运转时径向位移量。在实践检测时也可在径向探头73上安装压力传感器，在将径向探头73与主轴系3相接触，从而可测得径向载荷量，由此可得到径向载荷-径向位移的静刚度曲线，从而精确的模拟了主轴在工作状态下的径向载荷和径向位移量。

采用导向装置9间接使径向测量装置7位移，保证了径向测量装置7中的径向螺杆72始终沿着垂直于主轴系3轴线的直线移动，单独移动径向螺杆72易产生偏移，而采用导向装置9则可避免上述缺陷。导向杆92与径向螺杆配合处、导向杆92与导向座91配合处和径向螺杆72与固定座71配合处的三点位于同一直线上，因此保证了径向螺杆72能直线移动。

采用电涡流传感器74的原因在于：电涡流传感器能静态和动态地非接触、高线性度、高分辨力地测量被测金属导体距探头表面的距离。它是一种非接触的线性化计量工具。电涡流传感器能准确测量被测体必须是金属导体与探头端面之间静态和动态的相对位移变化。电涡流传感器的原理是，通过电涡流效应的原理，准确测量被测体与探头端面的相对位置，其特点是长期工作可靠性好、灵敏度高、抗干扰能力强、非接触测量、响应速度快、不受油水等介质的影响，常被用于对大型旋转机械的轴位移、轴振动、轴转速等参数进行长期实时监测，可以分析出设备的工作状况和故障原因，有效地对设备进行保护及预维修。

为有效测量主轴系3在工作时产生的轴向窜动，本申请设计了如下结构：

据上述，轴向测量装置8包括压力传感组件、顶杆a81、位移传感器83、底板85、挡板a86和挡板b87，底板85的一端固定在测试台1的一侧，挡板a86和挡板b87均固定在底板85上，挡板b87靠近主轴31设置，挡板b87上固定有位移传感器83，位移传感器83用于检测主轴31运转时的轴向位移，挡板a86和挡板b87均开设有内螺纹孔，顶杆a81为螺杆型，顶杆a81通过螺纹连接于挡板a86和挡板b87的内螺纹孔内，顶杆a81远离挡板a86的一端固定有压力传感组件，压力传感组件用于检测主轴31运转时的轴向载荷；

压力传感组件包括顶杆b82和压力传感器84，压力传感器84设置在顶杆a81上，压力传感器84远离顶杆a81的一端设置有顶杆a82，顶杆a81远离压力传感器84的一端通过螺母固定在挡板a81上，顶杆b82远离压力传感器84的一端设计为球形，主轴3、顶杆a81和顶杆b82均同轴设置。

上述轴向测量装置8可测得主轴系3轴向窜动量和轴向载荷，具体实施过程为：通过螺母调节压力传感组件与主轴系3轴向的距离，挡板b87上的位移传感器83测量主轴系3在运转时产生的轴向位移量。调节顶杆b82与主轴系3的距离，使顶杆b82设为球形的一端与主轴系3相接触，在通过螺母旋紧，主轴系3运转时产生轴向力通过顶杆b82传递给压力传感器84，进而模拟得到主轴系3在运转时产生的轴向载荷。

影响主轴机构径向跳动的因素：1.主轴本身的精度：如主轴轴颈的不同心度、锥度以及不圆度等。主轴轴颈的不同心度将直接引起主轴径向跳动；而主轴轴颈的锥度和不圆度在装配时将引起滚动轴承内滚道变形，破坏其精度。2.轴承本身的精度：其中最重要的是轴承内滚道表面的不圆度、光洁度以及滚动体的尺寸差。3.主轴箱壳体前后轴承孔的不同心度，锥度和不圆度等。轴承孔的锥度和不圆度将引起轴承外座圈变形，影响轴承可以调整的最小间隙。影响主轴机构轴向窜动的因素：1.主轴轴颈肩台面的不垂直度与振摆差。2.紧固轴承的螺母、衬套、垫圈等的端面振摆差和不平行度差。 3.轴承本身的端面振摆差和轴向窜动。4.主轴箱壳体轴承孔的端面振摆差。而现在普通机床主轴跳动范围需要满足0.01-0.03mm，精度较高的机床要求满足0.005-0.008mm，现有的位移传感器测量精度极高，小位移精度能达到1um，能精准的测量出主轴的跳动值，例如：ZLDS100的可以达到量程的千分之一，还可以有更高的，比如ZLDS113精度更高。因此本申请在对主轴进行测量时，可以根据所需要测量的精度范围选择合适的位移传感器，避免位移传感器的测量精度不能满足主轴的跳动精度。

通过上述轴向测量装置8和径向测量装置7精确的模拟了主轴系3在工作状态下产生的轴向位移量、轴向载荷、径向位移量和径向载荷。使测试台1集多种测量为一体，有效的解决了现有技术中测试台测量单一的问题，提高了测量效率和精度。

据上述，电机4为变频电机，弹性钉11采用尼龙铆钉，且为碗状结构。变频电机使测试台1可测试多种工况下主轴运转产生轴向窜动和径向的跳动，以对主轴5在各种转速下的合格与否进行判定，确保主轴5在多种工况下运转时均能对零件进行精确加工，尼龙铆钉采用弹性和记忆性能较好的尼龙制成，一般按照形制可分为单体式尼龙铆钉和分体式尼龙铆钉两个大类，单体式尼龙铆钉只有一个部件，而分体式尼龙铆钉一般由两个部件组成，在使用上分体式尼龙铆钉更加便于拆卸，可以重复使用，其铆合原理一般是公件撑大母件起到铆合的作用，一般有推式和螺纹式两种结构，而单体式尼龙铆钉更依赖于尼龙材料本身的弹性而起到铆合作用。本发明采用分体式螺纹结构，具有适用性宽，方便拆卸等优点，同时采用碗状结构，增大了固定环a10和固定环b13与主轴系3的接触面积，使固定效果更好，同时也保证了主轴系3不被损坏。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种机械主轴测试平台，包括固定在测试台（1）上的若干主轴固定座（2），所述主轴固定座（2）用于固定主轴系（3），其特征在于，若干所述主轴固定座（2）等间距的固定在所述测试台（1）上；

所述主轴系（3）包括主轴（31）、从动轮（32）和套筒（33），所述主轴（31）可转动的穿设在所述套筒（33）内，所述主轴（31）的一端固定有所述从动轮（32）；

所述主轴固定座（2）包括底座、固定环a（10）和固定环b（13），所述固定环a（10）和固定环b（13）均由两个半圆环组成，所述固定环b（13）固定在所述底座上，所述固定环a（10）的一侧与所述固定环b（13）活动连接，另一侧通过螺栓（12）固定，所述固定环a（10）和固定环b（13）内壁均呈圆周均布有若干弹性钉（11），所述主轴系（3）固定穿设在所述固定环a（10）和固定环b（13）内；

所述测试台（1）上还固定有电机（4），所述电机（4）的输出轴上固定有主动轮（5），所述主动轮（5）由若干个轮毂组成，所述主动轮（5）与所述从动轮（32）通过皮带（6）传动连接；

所述固定底座（2）的一侧设置有径向测量装置（7），所述径向测量装置（7）用于测量所述主轴系（3）的径向跳动量，所述固定底座（2）的另一侧设置有轴向测量装置（8），所述轴向测量装置（8）用于测量所述主轴系（3）的轴向窜动量。

2.根据权利要求1所述的一种机械主轴测试平台，其特征在于，所述径向测量装置（7）包括固定座（71）、径向螺杆（72）和电涡流传感器（74），所述固定座（71）固定在所述测试台（1）上，所述固定座（71）上开设有贯穿的内螺纹孔，所述径向螺杆（72）通过螺纹连接于所述固定座（71）的内螺纹孔内，所述径向螺杆（72）的中心轴与所述主轴（31）的中心轴垂直设置，所述径向螺杆（72）靠近所述主轴（31）的一端设有轴肩（75），所述轴肩（75）上设置有所述电涡流传感器（74），所述电涡流传感器（74）包括安装在所述轴肩（75）中心位置的径向探头（73）。

3.根据权利要求2所述的一种机械主轴测试平台，其特征在于，所述径向螺杆（72）远离所述径向探头（73）的一端设置有导向装置（9），所述导向装置（9）包括导向座（91）、导向杆（92）和转盘（93），所述导向座（91）固定在所述测试台（1）上，所述导向杆（92）可活动的穿设在所述导向座（91）内，所述导向杆（92）靠近所述径向螺杆（72）的一端为平口型，所述径向螺杆（72）远离所述径向探头（73）设有十字槽口，所述导向杆（92）设有平口型的一端与所述十字槽口相配合，所述导向杆（92）远离所述径向螺杆（72）的一端固定有所述转盘（93）。

4.根据权利要求1一种机械主轴测试平台，其特征在于，所述轴向测量装置（8）包括压力传感组件、顶杆a（81）、位移传感器（83）、底板（85）、挡板a（86）和挡板b（87），所述底板（85）的一端固定在所述测试台（1）的一侧，所述挡板a（86）和所述挡板b（87）均固定在所述底板（85）上，所述挡板b（87）靠近所述主轴（31）设置，所述挡板b（87）上固定有所述位移传感器（83），所述位移传感器（83）用于检测所述主轴（31）运转时的轴向位移，所述挡板a（86）和挡板b（87）均开设有内螺纹孔，所述顶杆a（81）为螺杆型，所述顶杆a（81）通过螺纹连接于所述挡板a（86）和挡板b（87）的内螺纹孔内，所述顶杆a（81）远离所述挡板a（86）的一端固定有所述压力传感组件，所述压力传感组件用于检测所述主轴（31）运转时的轴向载荷。

5.根据权利要求4一种机械主轴测试平台，其特征在于，所述压力传感组件包括顶杆b（82）和压力传感器（84），所述压力传感器（84）设置在所述顶杆a（81）上，所述压力传感器（84）远离所述顶杆a（81）的一端设置有所述顶杆a（82），所述顶杆a（81）远离所述压力传感器（84）的一端通过螺母固定在所述挡板a（81）上。

6.根据权利要求5一种机械主轴测试平台，其特征在于，所述顶杆b（82）远离所述压力传感器（84）的一端设计为球形，所述主轴（3）、顶杆a（81）和顶杆b（82）均同轴设置。

7.根据权利要求1一种机械主轴测试平台，其特征在于，所述电机（4）为变频电机。

8.根据权利要求1一种机械主轴测试平台，其特征在于，所述弹性钉（11）采用尼龙铆钉，且为碗状结构。