一种主轴刚性动静态检测装置及方法与流程

本发明涉及一种刚性检测装置，尤其涉及一种主轴刚性动静态检测装置及方法。

背景技术：

1、目前, 电主轴的动态轴向刚性是衡量机床加工性能的核心指标，直接决定工件切削尺寸精度与表面成型质量。行业常规轴向刚性检测方式分为静态检测与动态检测两类：静态检测时将电主轴锁止不回转，沿主轴轴线施加恒定轴向压力，通过位移传感器采集主轴变形量计算静态轴向刚性；动态检测则需在主轴高速旋转、同步施加轴向载荷的工况下完成测试，以此模拟实际切削加工状态，真实反映主轴带载运转时的刚性表现。

2、现有检测装置在开展动态轴向刚性测试时存在明显缺陷：主轴回转过程中轴承滚动、转子动态不平衡、整机共振等因素会产生持续振动，振动会同步传递至后端位移传感器部件。位移传感器采集到的信号由两部分叠加而成，一是轴向压力造成的真实弹性变形位移，二是整机振动带来的交变干扰位移；传统装置采用刚性直连传力结构，振动无过滤路径，振动交变位移会大幅抬高位移采集曲线的波动峰值，直接使用原始位移数据计算刚性参数会产生巨大测量误差，最终导致动态轴向刚性检测结果失真，无法精准评判主轴实际加工性能。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种主轴刚性动静态检测装置及方法，解决了现有技术进行动态轴向刚性检测时，电主轴回转振动干扰位移传感器采集的动力轴位移曲线、造成测量失真的技术问题。

2、本发明采用下述技术方案：一种主轴刚性动静态检测装置，包括测试架，测试架的固定端与第一法兰通过螺栓固定连接，测试架内设置有测试装置，测试装置包括压块组件和测试本体，测试本体通过压块组件对动力轴的端部沿轴线方向施加恒定压力，同时测试本体通过测试压块组件的位移得到动力轴的轴线位移，然后测试本体通过计算得出刚性参数；压块组件在对静止的动力轴施加轴线方向恒定压力时为刚性结构，压块组件在对旋转的动力轴施加轴线方向恒定压力时为缓冲结构，缓冲结构用于吸收电主轴转动时产生的振动。

3、进一步的，所述的压块组件包括与测试本体的输出端固定连接的传动杆组件，传动杆组件的左端固定连接有承载盘，承载盘的左侧面开设有容纳空间，承载盘的容纳空间内设置有浮动盘，浮动盘和承载盘的内底壁之间设置有缓冲结构，浮动盘的右侧面和承载盘之间设置有离心切换机构；离心切换机构用于切换浮动盘与承载盘的配合状态：当浮动盘处于静止不回转工况时，离心切换机构使浮动盘与承载盘刚性贴合锁定，二者无法产生轴向相对位移；当浮动盘随主轴同步回转时，离心切换机构解除刚性锁止，浮动盘与承载盘之间仅通过缓冲结构传力。

4、进一步的，所述的离心切换机构包括设置在浮动盘右侧面且均与浮动盘沿径向滑动连接的若干离心块，每个离心块相近的一侧面均固定连接有复位弹簧，复位弹簧远离离心块的一端均与浮动盘固定连接，每个复位弹簧均沿径向设置；承载盘的内底壁上转动连接有随动盘，随动盘的左侧面固定连接有若干与离心块对应的限位块；每个离心块的右侧面均开设有第一斜面，每个限位块的左侧面均开设有限位槽，每个离心块均位于对应的限位槽内，且限位槽的内顶壁为与离心块的第一斜面相适配的第二斜面。

5、进一步的，所述的缓冲结构包括沿左右方向滑动连接在承载盘容纳空间内的缓冲环体，缓冲环体的左侧面与浮动盘转动连接，缓冲环体和承载盘的内底壁之间固定连接有若干缓冲弹簧。

6、进一步的，所述的承载盘容纳空间内侧壁的外缘固定连接有限位唇板，在浮动盘不受力时，缓冲弹簧推动缓冲环体和浮动盘向左移动，直至浮动盘与限位唇板抵触，此时的限位块与浮动盘之间产生设定间隙。

7、进一步的，所述的缓冲环体的右侧面固定连接有若干导杆，每个导杆均套设在承载盘上开设的导孔内；缓冲弹簧套设在缓冲环体和承载盘容纳空间内底壁之间的导杆上。

8、进一步的，所述的测试本体包括测试筒，测试筒内安装设置有压力传感器，压力传感器的左侧面安装设置有筒座，筒座内固定连接有固定轴，传动杆组件与固定轴固定连接；压力传感器的右侧面设置有施压结构。

9、进一步的，所述的施压结构包括与测试筒滑动连接的往复杆，往复杆的左端固定连接有推板，推板位于测试筒内，推板和压力传感器之间固定连接有压力弹簧。

10、进一步的，所述的测试筒的右侧面固定连接有固定板，固定板的上端面固定连接有伺服电机，伺服电机的输出轴固定连接有旋转盘，旋转盘的前侧面偏心固定连接有销轴，往复杆的右端固定连接有驱动杆，驱动杆的前侧面沿上下方向开设有长条通孔，销轴位于长条通孔内。

11、进一步的，所述的测试筒的右端固定连接有端板，端板上安装设置有电子仓，电子仓的左侧面固定连接有与测试筒平行的波导管，承载盘的右侧面通过套筒固定连接有磁环，磁环套设在波导管上；测试筒的外表面固定安装有控制单元，压力传感器采集的压力信号输送给控制单元，然后控制单元基于压力信号控制伺服电机启停。

12、一种基于主轴刚性动静态检测装置的检测方法，a，对动力轴进行静态轴线刚性测试：s11，将电主轴固定在工作台上；s12，将测试架与第一法兰通过螺栓固定；s13，通过调节螺母调节浮动盘与动力轴的右端面接触，且压力传感器数值为零；s14，通过控制单元对磁致伸缩位移传感器清零；s15，通过控制单元输入施加的压力f；s16，控制单元控制伺服电机转动带动驱动杆从右向左移动，驱动杆通过推板对压缩弹簧进行压缩，同时压力传感器采集的压力数值实时输送给控制单元，当压力传感器的数值为设定值f时，控制单元控制伺服电机停止，使得往复杆停止向左移动，并保持在当前位置不变；s17，磁致伸缩位移传感器将承载盘的位移数据，也即动力轴向左的位移a，传给控制单元，控制单元计算出静态动力轴的轴线刚性=f/a；s18，恒定压力f保持设定时间施压，此时的动力轴的位移在分析软件上的曲线为位于x轴上方且与x轴平行的近似直线；b，对动力轴进行动态轴线刚性测试： s21，向待测电主轴通电，驱动动力轴回转；动力轴同步带动浮动盘一同旋转，在离心力作用下各离心块沿径向向外滑移，离心块与限位块之间形成可供轴向相对运动的间隙；浮动盘组件与承载盘之间的传力形式发生切换：原本依靠离心块、限位块抵紧形成的刚性连接解除，转变为缓冲环体经缓冲弹簧与承载盘形成的弹性传力结构；s22，磁致伸缩位移传感器实时采集承载盘的左移位移量；同时距离传感器用于测试缓冲环体的右侧面与承载盘的容纳空间的内底壁之间的实时距离，控制单元控制伺服电机运转保持压力传感器的数值维持在设定的恒定压力f；s23，控制单元依据磁致伸缩位移传感器和距离传感器采集的位移数据，运算求解动力轴旋转状态下的轴向刚性参数。

13、一、本发明压块组件可实现刚性传力、缓冲减振两种工作模式自动切换：对静止动力轴开展静态刚性检测时，压块组件呈刚性结构，轴向载荷可无损耗、无偏移地完整传递至动力轴端部，位移采集无弹性缓冲带来的附加形变，保障静态轴向刚性测量结果精准可靠；对旋转动力轴开展动态轴向刚性检测时，压块组件自动切换为缓冲结构，能够吸收、过滤电主轴回转过程中转子动不平衡、轴承运转引发的整机振动，大幅削弱振动向后端测试本体、位移采集部件传导，避免振动交变位移叠加至有效形变信号中，位移传感器采集的位移曲线波动幅值显著降低，从根源上减小振动引入的测量误差，有效提升主轴动态轴向刚性的检测精度，动静态测试，无需人工拆装更换减振、传力零部件，简化检测流程，缩短工况切换耗时，大幅提升电主轴出厂标定、性能抽检的检测效率。

14、二、本发明本方案通过承载盘、浮动盘配合离心切换机构，依靠转速对应的离心力自动完成刚性锁止、弹性缓冲两种传力模式切换，无需人工拆装零部件、无需手动调节锁止结构，静、动态检测工况切换自动化，简化操作流程，提升检测效率；静态检测工况下，离心切换机构将浮动盘与承载盘刚性贴合锁定，二者无轴向相对滑移，轴向压力能够完整、无弹性损耗地直接传递至动力轴，缓冲结构不会参与传力形变，位移采集仅包含动力轴自身真实变形，保障静态轴向刚性测量数据精准，消除缓冲结构带来的附加位移误差。动态旋转检测工况下，离心力驱动离心切换机构解锁，浮动盘与承载盘之间依靠缓冲结构传递轴向载荷；电主轴运转产生的整机振动会先作用于浮动盘，缓冲结构可吸收绝大部分振动能量，阻隔振动向承载盘、后端传动杆组件及测试本体传导，大幅降低振动对位移采集信号的干扰，位移曲线波动幅度显著减小，从结构层面降低动态刚性检测误差。