用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明創(chuàng)造公開一種用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置包括：與主軸單元連接的刀軸，設置在刀軸上的軸承座，固設在軸承座兩側的加力球，力傳動機構和力加載機構，力傳動機構，包括設置在直線導軌-滑塊上且具有同軸孔的加力座，設置在加力座一端的U型架及設置在U型架一端的加力斜面，U型架的心軸與加力座的同軸孔配合，加力球置于加力斜面上；力加載機構與加力座連接，包括差動絲桿微進給機構和/或氣缸加載機構。該裝置經(jīng)濟可行地解決了主軸試驗切削力的測試，并且可模擬主軸單元的各種工作狀況，達到省時省力，節(jié)能高效。
【專利說明】用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明創(chuàng)造涉及切削力模擬試驗領域，具體涉及一種用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置。
【背景技術】
[0002]主軸單元是數(shù)控機床的關鍵功能部件，對機床的加工性能具有重要的影響。主軸的載荷是指其在工作過程中出現(xiàn)的力和力矩；對主軸單元進行負載試驗是控制產(chǎn)品質量、驗證產(chǎn)品性能的重要手段。從主軸自身構成的角度看，力矩負載試驗與主軸電機的性能聯(lián)系更加緊密，而切削力的加載則偏重于主軸支撐結構、支撐軸承性能的考量。在試驗或測試過程中，模擬加載的力、力矩通常是分別實現(xiàn)的。
[0003]當前的切削力模擬方法大體分為兩類:接觸式加載和非接觸式加載。非接觸式加載通常是通過電磁線圈來實現(xiàn)，這種方法的缺點主要是成本較高、容易產(chǎn)生電磁干擾。接觸式加載方法主要包括兩種途徑:一是通過控制氣缸或液壓缸壓力來實現(xiàn)；一是通過定力矩或數(shù)顯力矩扳手控制頂絲的旋轉力矩，間接換算出加載到主軸刀柄上的作用力。但這些方法無法避免的缺陷是僅僅能夠做到單一方向的模擬即純粹的徑向力或軸向力，加載力的誤差較大，并且沒有考慮加載系統(tǒng)剛度對試驗結果的影響，而加載系統(tǒng)的剛度不同也會對試驗結果產(chǎn)生不同的影響。因此目前高速主軸力的測試存在的問題有:采用監(jiān)測氣缸或液壓缸壓力的方法沒有考慮活塞與缸體的摩擦，或摩擦力的標定也存在不準確問題；采用扭矩扳手等間接控制加載力的手段，無法避免扳手自身誤差與螺紋副摩擦等中間環(huán)節(jié)引入的誤差；某些多向力傳感器測試系統(tǒng)不但價格很高，而且應用條件限制較多；非接觸式的檢測手段需要在主軸刀柄上嵌入復雜的無線信號傳輸裝置或光電設備，且價格昂貴。

【發(fā)明內容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明創(chuàng)造公開一種用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，該裝置通過設有主軸單元、力傳動機構和力加載機構，不僅經(jīng)濟可行地解決了主軸試驗切削力的測試，還同時解決了徑向與軸向同時受加載具有合力方向時加載力測量不準確的難題，避免了力加載機構的剛度不同對試驗結果產(chǎn)生的不同影響。使得一種裝置即可模擬主軸單元的各種工作狀況，達到省時省力，節(jié)能高效。
[0005]本發(fā)明創(chuàng)造用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置所采用的技術方案為:
[0006]用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，包括:與主軸單元連接的刀軸，設置在刀軸上的軸承座，固設在軸承座兩側的加力球，力傳動機構和力加載機構，所述力傳動機構，包括設置在直線導軌-滑塊上且具有同軸孔的加力座，設置在加力座一端的U型架及設置在U型架一端的加力斜面，U型架的心軸與加力座的同軸孔配合，加力球置于加力斜面上；所述力加載機構與加力座連接，包括差動絲桿微進給機構和/或氣缸加載機構。
[0007]所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，還包括環(huán)形壓力傳感器，所述環(huán)形壓力傳感器設置在加力座與U型架之間的心軸上。
[0008]所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，所述加力斜面中斜面與水平面的角度為α，0° < α <90°。
[0009]所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，所述U型架的一端部和內部分別設有螺紋通孔，加力斜面與U型架連接的一端設有與U型架內部螺紋通孔相匹配的螺紋凹孔，拉緊螺釘置于螺紋凹孔和U型架內部螺紋通孔中，加力斜面通過拉緊螺釘和置于U型架一端部螺紋通孔中的鎖緊螺釘固接在U型架上。
[0010]所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，所述差動絲桿微進給機構包括差動支架，差動絲桿從首端至末端依次設有固定螺母和進給螺母，固定螺母固接在差動支架上，進給螺母的尾端設有螺桿和螺母，聯(lián)接角板設置在螺桿上并與加力座連接。
[0011]所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，所述差動絲桿具有兩段不同的螺距Pp P2,螺距P1與固定螺母配合，螺距P2與進給螺母配合，螺距P2大于螺距Pi。
[0012]所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，所述差動絲桿的首端設有指針和刻度盤，刻度盤上設有等分刻線。
[0013]所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，所述氣缸加載機構包括設置在氣缸安裝座上的氣缸，伸出氣缸外部的氣缸桿，氣缸桿通過連接機構與加力座的另
一端連接。
[0014]所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，所述連接機構包括設置在氣缸桿端部并通過絲母鎖緊的螺紋套，與螺紋套配合并通過螺釘II把合的頂套，螺釘I依次穿過墊圈I1、螺紋套、頂套和墊圈I，與加力座的另一端連接，墊圈I與墊圈II之間設有彈簧。
[0015]所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，所述頂套與螺紋套之間的螺釘I上設有環(huán)形擋片，環(huán)形擋片的內徑大于彈簧的外徑小于墊圈II的外徑。
[0016]本發(fā)明創(chuàng)造的有益效果為:
[0017]本發(fā)明創(chuàng)造的機械裝置采用的氣缸加載機構和差動微進給機構不是直接作用于主軸上,而是通過力傳動機構即經(jīng)過加力座、U型架和加力斜面作用在加力球上，再由加力球通過軸承座和刀軸作用于主軸上,將由加載角度存在而弓I起的彎矩由力傳動機構中的直線導軌-滑塊來負擔，以解決加載力測量不準確的難題。
[0018]本發(fā)明創(chuàng)造的機械裝置兼容氣缸加載機構和差動微進給機構兩種進給動力來源，氣缸處在U形架的尾部，用于模擬主軸切削鋁合金等材料時切削速度高、切削力小的工況；差動機構處于加力座的上方，并安裝在差動支架上，用于模擬主軸切削鋼材、鑄鐵等材料時切削速度相對較低、切削力較大的工況。
[0019]氣缸通過氣缸安裝座固定于試驗臺上，氣缸桿端部裝有兩個相互配合的件螺紋套和頂套，當氣缸桿伸出時，頂套作用于加力座的尾端推動加力座、U形架和加力斜面前進；當氣缸桿縮回時，安裝在螺紋套與頂套之間的擋片將受阻于安裝在加力座心軸尾端的墊圈及安裝螺釘，從而拉動U形架和加力座后退。通過控制墊圈在安裝時螺釘?shù)男肷疃龋ＷC墊圈與擋片之間處于適當?shù)南鄬ξ恢藐P系，使氣缸與差動機構分別工作時不發(fā)生相互干擾。
[0020]通過差動絲杠微進給結構的設置，差動絲桿與進給螺母和固定螺母的配合螺紋分別加工成不同螺距，具有分刻度線的刻度盤固定在差動絲桿上首端，當旋轉差動絲桿進給一個刻度時，可實現(xiàn)的進給量將小于?μ。進給螺母的尾端固定一根螺桿，進給運動通過設置在螺桿上的聯(lián)結角板傳遞到加力座。
[0021]加力座與一直線導軌安裝在一起，而與導軌配合形成滑動副的滑塊固定在試驗臺上;u形架尾端的心軸與加力座的兩個同軸孔形成轉動配合，U形架前端則固定兩個加力斜面；通過加力座傳遞的進給運動將作用于固定在軸承座上的兩個加力球，進而作用于刀軸上，形成加載力。
[0022]環(huán)形壓力傳感器夾在加力座與U型架之間，其中心孔穿過U形架心軸，這可以排除在加載過程中氣缸和傳動部件的摩擦等不確定因素對測試結果的影響。裝在U形架尾部的彈簧始終處于受壓縮狀態(tài)，保證U形架、環(huán)形壓力傳感器、加力座之間緊密貼合的位置關系。壓力傳感器的讀數(shù)通過信號采集卡讀出，經(jīng)過后續(xù)數(shù)據(jù)處理，與主軸的旋轉位置信號、振動信號等組成分析數(shù)據(jù)。
[0023]加力斜面尾部通過螺釘拉緊、頂部通過夾緊墊片由螺釘壓緊在U型架的前端，加力斜面的傾斜角度與主軸試驗合力的方向相關，斜面的法線方向既是主軸的受力方向。根據(jù)試驗需要可更換不同角度的加力斜面。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明創(chuàng)造用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置的結構示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明創(chuàng)造中差動絲桿微進給機構的原理圖。 [0026]圖3為本發(fā)明創(chuàng)造中加力斜面與U型架連接部分的剖視圖。
[0027]圖4為本發(fā)明創(chuàng)造中氣缸加載機構的機構示意圖。
[0028]圖5為圖4氣缸加載機構中氣缸桿通過連接機構與加力座連接部分的結構剖視圖。
[0029]其中1-主軸單元，2-軸承座，3-差動絲桿，4-指針，5-固定螺母，6-進給螺母，7-螺母，8-差動支架，9-刻度盤，10-加力座，11-壓力傳感器，12-U型架，121-心軸，13-加緊墊片，14-加力斜面，15-刀軸，16-加力球，17-聯(lián)接角板，18-直線導軌-滑塊，19-螺釘I，20_墊圈I，21-環(huán)形擋片，22-墊圈II，23-氣缸桿，24-絲母，25-螺紋套，26-彈簧，27-頂套，28-調整墊片，29-螺釘III，30-調節(jié)螺釘，31-氣缸安裝座，32-鎖緊螺釘，33-拉緊螺釘，34-螺釘II, 35-氣缸。
【具體實施方式】
[0030]如圖1-5所示，用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，包括與主軸單元I連接的刀軸15，設置在刀軸15上的軸承座2，固設在軸承座2兩側的加力球16，力傳動機構和力加載機構。如圖1所示，主軸單元I被固接在試驗臺上，主軸單元I的一端連有刀軸15，刀軸15上設有軸承座2，軸承座2的兩端固設有加力球16 ;力傳動機構，包括設置在直線導軌-滑塊18上且具有同軸孔的加力座10，設置在加力座10首端的U型架12及設置在U型架12首端的加力斜面14，U型架12尾端的心軸121與加力座10的同軸孔配合，U型架12的心軸121的軸線與主軸單元I中主軸的軸線垂直，在加力座10與U型架12之間的心軸121上設置環(huán)形壓力傳感器11，加力球16置于加力斜面14上；加力斜面14中斜面與水平面的角度為α，0° < α <90°。
[0031]力加載機構與加力座10連接，包括差動絲桿微進給機構和/或氣缸加載機構。
[0032]力加載機構通過力傳動機構將加載力傳遞到主軸單元I,力傳動機構中的加力斜面14的角度與主軸單元I的合力方向相關聯(lián)，不同角度的加力斜面14對應不同的受力工況，力加載機構為具體的受力工況提供動力源的選擇，力傳動機構中的加力座10設置在直線導軌-滑塊上，保證力加載機構僅提供軸向力不承擔彎扭復合。加載力的具體數(shù)值通過加力座10與U型架12之間的壓力傳感器11讀取。
[0033]優(yōu)選地，如圖3所示，U型架12的首端部和內部分別設有螺紋通孔，加力斜面14與U型架12首端連接的一端設有與U型架12內部螺紋通孔相匹配的螺紋凹孔，拉緊螺釘33置于螺紋凹孔和U型架12內部螺紋通孔中，加力斜面14通過拉緊螺釘33和置于U型架一端部螺紋通孔中的鎖緊螺釘32固接在U型架12上。加力斜面14尾部通過拉緊螺釘33拉緊，上部通過鎖緊螺釘32壓緊和夾緊墊片13緊固在U型架12的前端，加力斜面14的傾斜角度與主軸試驗合力的方向相關，根據(jù)試驗的需要，可更換不同角度的加力斜面14。當加力斜面14與水平面的夾角為α = 90°時，對于主軸單元I中主軸來說，是純粹的徑向加載，壓力傳感器11的讀數(shù)就是徑向加載力的數(shù)值，當0° < α <90°時，壓力傳感器11的讀數(shù)是各個方向的加載合力數(shù)值。
[0034]如圖1所示差動絲桿微進給機構包括差動支架8,差動絲桿3從首端至末端依次設有固定螺母5和進給螺母6，固定螺母5固接在差動支架8上，進給螺母6的尾端連有螺桿和螺母7，聯(lián)接角板17設置在螺桿上并與加力座10連接。差動絲桿3的首端設有指針4和刻度盤9，刻度盤9上設有等分刻線。如圖2所示差動絲桿3設置成具有兩段不同的螺距PpP2,螺距P1與固定螺母5配合，螺距P2與進給螺母6配合，螺距P2大于螺距P1。其中固定螺母5固定不動，差動絲桿3同時轉動且移動，進給螺母6連通差動微進給機構的其他進給執(zhí)行部件移動，差動絲桿3每旋轉一圈，差動微進給機構的進給量為P2-P1,即實現(xiàn)了差動進給。例如將差動絲桿3的兩段分別加工成螺距P1 = 1.5mm, P2 = 1.75mm，刻度盤9在圓周作300等分刻線，轉過的刻度有指針4輔助讀出，由此組成一個可實現(xiàn)最小進給量小于1μ的差動絲桿微進給機構。這樣一個微小的進給量有利于在實驗過程中獲得足夠數(shù)量的實驗數(shù)據(jù)樣本。
[0035]如圖4-5所示，氣缸加載機構包括設置在氣缸安裝座31上的氣缸35，伸出氣缸35外部的氣缸桿23，氣缸桿23通過連接機構與加力座10的尾部連接。如圖5所示連接機構包括設置在氣缸桿23端部并通過絲母24鎖緊的螺紋套25，與螺紋套25配合并通過螺釘
II34把合的頂套27，螺釘I 19依次穿過墊圈II 22、螺紋套25、頂套27和墊圈I 20，與加力座10尾部的U型架12的心軸121連接，墊圈I 20與墊圈II 22之間設有彈簧26。頂套27與螺紋套25之間的螺釘I 19上設有環(huán)形擋片21，環(huán)形擋片21的內徑大于彈簧26的外徑小于墊圈II 22的外徑。
[0036]當氣缸桿23通過壓力氣體伸出時，頂套27推動加力座10前進，當U型架12上的加力斜面14受阻于加力球16時，在壓力傳感器11上將顯示壓力讀數(shù)；當氣缸桿23縮回時，在走過一小段空行程后，擋片21將于墊圈I 20接觸，進而通過螺釘19拉動加力座10后退，使加力斜面14與加力球16脫離。[0037]優(yōu)選地，如圖4所示，氣缸35通過調整墊片28放置在氣缸安裝座31上，氣缸35可以通過調整墊片28的厚度和控制設置在氣缸35兩側的調節(jié)螺釘30的旋入深度，使氣缸桿23的伸出(縮回)方向與直線導軌-滑塊18的運動方向互相平行，調整完畢后，在通過螺釘III 29將氣缸35固定在氣缸安裝座31上。
【權利要求】
1.用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，其特征在于包括:與主軸單元連接的刀軸，設置在刀軸上的軸承座，固設在軸承座兩側的加力球，力傳動機構和力加載機構，所述力傳動機構，包括設置在直線導軌-滑塊上且具有同軸孔的加力座，設置在加力座一端的U型架及設置在U型架一端的加力斜面，U型架的心軸與加力座的同軸孔配合，加力球置于加力斜面上；所述力加載機構與加力座連接，包括差動絲桿微進給機構和/或氣缸加載機構。
2.根據(jù)權利要求1所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，其特征在于，還包括環(huán)形壓力傳感器，所述環(huán)形壓力傳感器設置在加力座與U型架之間的心軸上。
3.根據(jù)權利要求1所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，其特征在于，所述加力斜面中斜面與水平面的角度為α，0° < α <90°。
4.根據(jù)權利要求1所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，其特征在于，所述U型架的一端部和內部分別設有螺紋通孔，加力斜面與U型架連接的一端設有與U型架內部螺紋通孔相匹配的螺紋凹孔，拉緊螺釘置于螺紋凹孔和U型架內部螺紋通孔中，加力斜面通過拉緊螺釘和置于U型架一端部螺紋通孔中的鎖緊螺釘固接在U型架上。
5.根據(jù)權利要求1-4任一所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，其特征在于，所述差動絲桿微進給機構包括差動支架，差動絲桿從首端至末端依次設有固定螺母和進給螺母，固定螺母固接在差動支架上，進給螺母的尾端設有螺桿和螺母，聯(lián)接角板設置在螺桿上并與加力座連接。
6.根據(jù)權利要求5所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，其特征在于，所述差動絲桿具有兩段不同的螺距P1、P2，螺距P1與固定螺母配合，螺距P2與進給螺母配合，螺距P2大于螺距Pp
7.根據(jù)權利要求6所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，其特征在于，所述差動絲桿的首端設有指針和刻度盤，刻度盤上設有等分刻線。
8.根據(jù)權利要求1-4任一所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，其特征在于，所述氣缸加載機構包括設置在氣缸安裝座上的氣缸，伸出氣缸外部的氣缸桿，氣缸桿通過連接機構與加力座的另一端連接。
9.根據(jù)權利要求8所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，其特征在于，所述連接機構包括設置在氣缸桿端部并通過絲母鎖緊的螺紋套，與螺紋套配合并通過螺釘II把合的頂套，螺釘I依次穿過墊圈I1、螺紋套、頂套和墊圈I，與加力座的另一端連接，墊圈I與墊圈II之間設有彈簧。
10.根據(jù)權利要求9所述的用于高速主軸單元多角度銑削力加載的機械裝置，其特征在于，所述頂套與螺紋套之間的螺釘I上設有環(huán)形擋片，環(huán)形擋片的內徑大于彈簧的外徑小于墊圈II的外徑。
【文檔編號】G01M13/00GK104034523SQ201410284527
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月23日 優(yōu)先權日:2014年6月23日
【發(fā)明者】李宇鵬, 林劍峰, 李焱, 馬曉波, 劉闊, 譚智, 孔祥志, 高秀峰, 楊祥東, 關曉勇 申請人:沈陽機床(集團)有限責任公司