本發(fā)明涉及主軸動(dòng)剛度測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于不平衡力辨識(shí)高速主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)剛度的裝置。

背景技術(shù)：

高速電主軸是現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床加工工件的執(zhí)行功能部件，主軸動(dòng)剛度是能夠最為直接的反應(yīng)主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在進(jìn)行加工的時(shí)候抵抗變形的能力?？蛻艨梢砸罁?jù)主軸在加工轉(zhuǎn)速下抵抗動(dòng)態(tài)激擾的能力來評(píng)估主軸的加工能力，從而調(diào)整加工參數(shù)，在保護(hù)主軸的同時(shí)，有效提高主軸加工效率。

主軸動(dòng)剛度測(cè)試主要困難是主軸的動(dòng)態(tài)加載，目前的測(cè)試方式有接觸式加載測(cè)試方式和非接觸式加載測(cè)試方式。接觸式加載主要有掛重物式加載、皮帶接觸式加載等，這種加載方式不但會(huì)造成摩擦磨損，而且由于載荷計(jì)算不準(zhǔn)確，很容易會(huì)造成動(dòng)剛度計(jì)算不準(zhǔn)確；非接觸式加載方式主要是采用電磁式加載和液體懸浮加載方式，這兩種方式避免了接觸造成的摩擦磨損，但是其本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且通常對(duì)測(cè)試對(duì)象也有限制，不適用于大批次的主軸動(dòng)剛度測(cè)試。

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基于不平衡力辨識(shí)高速主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)剛度的裝置，能夠有效的解決主軸動(dòng)態(tài)加載和動(dòng)態(tài)變形量拾取問題，完成主軸X-Y兩個(gè)方向的動(dòng)剛度測(cè)試。

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)：

一種基于不平衡力辨識(shí)高速主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)剛度的裝置，包括主軸減震試驗(yàn)臺(tái)2，主軸減震試驗(yàn)臺(tái)2下方連接有簧式減震隔振裝置1，主軸減震試驗(yàn)臺(tái)2上方連接有主軸夾持裝置3，主軸夾持裝置3夾持的主軸轉(zhuǎn)子8的伸出端通過過盈配合的方式套裝有集中力模擬激勵(lì)裝置7，集中力模擬激勵(lì)裝置7的外側(cè)沿X方向和Y方向設(shè)置有電渦流位移傳感器5，電渦流位移傳感器5的信號(hào)輸出依次通過信號(hào)調(diào)理模塊6、采集卡9和中控單元10連接。

所述的集中力模擬激勵(lì)裝置7包括配重裝置7-1，配重裝置7-1設(shè)有沿周向分布于X-Y平面上的配重孔7-2，配重孔7-2實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)量的配重，從而模擬不同大小的激勵(lì)力來進(jìn)行測(cè)試。

所述的中控單元10包括主軸變頻控制系統(tǒng)10-1、信號(hào)采集處理軟件10-2以及主軸潤滑冷卻控制系統(tǒng)10-3，信號(hào)采集處理軟件10-2的輸入和采集卡9的信號(hào)輸出連接，信號(hào)采集處理軟件10-2的第一控制輸出和主軸變頻控制系統(tǒng)10-1的控制輸入連接，信號(hào)采集處理軟件10-2的第二控制輸出和主軸潤滑冷卻控制系統(tǒng)10-3的控制輸入連接。

一種基于不平衡力辨識(shí)高速主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)剛度的裝置的測(cè)試方法，包括以下步驟：

1)將被測(cè)試主軸安裝在主軸減震試驗(yàn)臺(tái)2上，將集中力模擬激勵(lì)裝置7套裝在主軸轉(zhuǎn)子8伸出端上；

2)集中力模擬激勵(lì)裝置7的外側(cè)安裝互相垂直的兩個(gè)電渦流位移傳感器5，分別調(diào)整兩個(gè)電渦流位移傳感器5與集中力模擬激勵(lì)裝置7的距離至傳感器測(cè)試范圍內(nèi)；

3)開啟被測(cè)試主軸在設(shè)定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)帶有集中力模擬激勵(lì)裝置7的主軸轉(zhuǎn)子8進(jìn)行動(dòng)平衡，平衡結(jié)束后，采集初始振動(dòng)信號(hào)均值S₁作為誤差分離數(shù)據(jù)源，然后停機(jī)選取一個(gè)配重孔7-2加上已知質(zhì)量m的配重來對(duì)激勵(lì)力進(jìn)行模擬，由于質(zhì)量已知m，力的半徑已知r，轉(zhuǎn)速已知ω，所以模擬的激勵(lì)力能夠計(jì)算出來，此時(shí)，開機(jī)采集同樣轉(zhuǎn)速下ω受到已知定量力激勵(lì)的主軸振動(dòng)信號(hào)均值S₂；

4)利用信號(hào)采集處理軟件10-2對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并完成動(dòng)剛度計(jì)算；根據(jù)施加質(zhì)量、施加質(zhì)量的半徑及轉(zhuǎn)速計(jì)算得到施加于主軸轉(zhuǎn)子8軸線的力為F＝mrω²，采用信號(hào)處理的方法從受已知定量力激勵(lì)的主軸振動(dòng)信號(hào)均值S₂當(dāng)中分離出未加定量力激勵(lì)的初始振動(dòng)信號(hào)均值S₁，那么轉(zhuǎn)速ω下的動(dòng)剛度為：

通過測(cè)試不同轉(zhuǎn)速下的動(dòng)剛度繪制出與轉(zhuǎn)速相關(guān)的動(dòng)剛度曲線。

本發(fā)明的有益效果為：通過配重裝置7-1上的配重孔7-2，可以實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)量的配重，從而模擬不同大小的激勵(lì)力來進(jìn)行測(cè)試，本發(fā)明能夠有效的解決主軸動(dòng)態(tài)加載和動(dòng)態(tài)變形量拾取問題，完成主軸X-Y兩個(gè)方向的動(dòng)剛度測(cè)試。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為集中力模擬激勵(lì)裝置7的示意圖。

圖3為中控單元10的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的闡述。

參照?qǐng)D1，一種基于不平衡力辨識(shí)高速主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)剛度的裝置，包括主軸減震試驗(yàn)臺(tái)2，主軸減震試驗(yàn)臺(tái)2下方連接有簧式減震隔振裝置1，簧式減震隔振裝置1可以有效隔離來自測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)其他方面的振動(dòng)，減小干擾，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸變形量的準(zhǔn)確拾??；主軸減震試驗(yàn)臺(tái)2上方連接有主軸夾持裝置3，主軸夾持裝置3夾持的主軸轉(zhuǎn)子8的伸出端通過過盈配合的方式套裝有集中力模擬激勵(lì)裝置7，過盈量設(shè)計(jì)為3μm，采用壓入法套裝，實(shí)現(xiàn)了集中力模擬激勵(lì)裝置7與主軸轉(zhuǎn)子8的剛性連接，在特定轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)定量離心力的直接施加，而且設(shè)計(jì)過盈量較小，保證了拆裝方便；集中力模擬激勵(lì)裝置7的外側(cè)沿X方向和Y方向設(shè)置有電渦流位移傳感器5，電渦流位移傳感器5的信號(hào)輸出依次通過信號(hào)調(diào)理模塊6、采集卡9和中控單元10連接，可以實(shí)現(xiàn)X-Y兩個(gè)方向的動(dòng)剛度測(cè)試，從而完成主軸抵抗X-Y兩個(gè)方向動(dòng)態(tài)激擾力的能力。

參照?qǐng)D2，集中力模擬激勵(lì)裝置7包括配重裝置7-1，配重裝置7-1設(shè)有沿周向三層分布于X-Y平面上的配重孔7-2，最外層配重孔7-2為均勻分布的20個(gè)M10的螺紋孔，中間層配重孔7-2為均勻分布的12個(gè)M8的螺紋孔，最內(nèi)層配重孔7-2為均勻分布的8個(gè)M6的螺紋孔，配重孔7-2可以實(shí)現(xiàn)不同質(zhì)量的配重，從而模擬不同大小的激勵(lì)力來進(jìn)行測(cè)試。

參照?qǐng)D3，所述的中控單元10包括主軸變頻控制系統(tǒng)10-1、信號(hào)采集處理軟件10-2以及主軸潤滑冷卻控制系統(tǒng)10-3，信號(hào)采集處理軟件10-2的輸入和采集卡9的信號(hào)輸出連接，信號(hào)采集處理軟件10-2的第一控制輸出和主軸變頻控制系統(tǒng)10-1的控制輸入連接，信號(hào)采集處理軟件10-2的第二控制輸出和主軸潤滑冷卻控制系統(tǒng)10-3的控制輸入連接。

一種基于不平衡力辨識(shí)高速主軸轉(zhuǎn)子系統(tǒng)動(dòng)剛度的裝置的測(cè)試方法，包括以下步驟：

1)將被測(cè)試主軸安裝在主軸減震試驗(yàn)臺(tái)2上，將集中力模擬激勵(lì)裝置7套裝在主軸轉(zhuǎn)子8伸出端上；

2)集中力模擬激勵(lì)裝置7的外側(cè)采用X-Y標(biāo)準(zhǔn)支架安裝互相垂直的兩個(gè)電渦流位移傳感器5，分別調(diào)整兩個(gè)電渦流位移傳感器5與集中力模擬激勵(lì)裝置7的距離至傳感器測(cè)試范圍內(nèi)；

3)開啟被測(cè)試主軸在設(shè)定轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)，采用影響系數(shù)法對(duì)帶有集中力模擬激勵(lì)裝置7的主軸轉(zhuǎn)子8進(jìn)行動(dòng)平衡，平衡結(jié)束后，采集初始振動(dòng)信號(hào)均值S₁作為誤差分離數(shù)據(jù)源，然后停機(jī)選取一個(gè)配重孔7-2加上已知質(zhì)量m的配重來對(duì)激勵(lì)力進(jìn)行模擬，由于質(zhì)量已知m，力的半徑已知r，轉(zhuǎn)速已知ω，所以模擬的激勵(lì)力能夠計(jì)算出來，此時(shí)，開機(jī)采集同樣轉(zhuǎn)速下ω受到已知定量力激勵(lì)的主軸振動(dòng)信號(hào)均值S₂；

4)利用信號(hào)采集處理軟件10-2對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理并完成動(dòng)剛度計(jì)算；根據(jù)施加質(zhì)量、施加質(zhì)量的半徑及轉(zhuǎn)速計(jì)算得到施加于主軸轉(zhuǎn)子8軸線的力為F＝mrω²，采用信號(hào)處理的方法從受已知定量力激勵(lì)的主軸振動(dòng)信號(hào)均值S₂當(dāng)中分離出未加定量力激勵(lì)的初始振動(dòng)信號(hào)均值S₁，那么轉(zhuǎn)速ω下的動(dòng)剛度為：

通過測(cè)試不同轉(zhuǎn)速下的動(dòng)剛度繪制出與轉(zhuǎn)速相關(guān)的動(dòng)剛度曲線。