專利名稱：模擬工況載荷條件下機(jī)床主軸熱誤差測試試驗(yàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)控機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種模擬工況載荷條件下機(jī)床主軸熱誤 差測試試驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
數(shù)控機(jī)床的誤差源主要包括幾何誤差、熱誤差、載荷誤差及控制系統(tǒng)誤差，其中， 幾何誤差和熱誤差占誤差總量的40% -70%。對于高檔數(shù)控機(jī)床而言，由于高速驅(qū)動部件 產(chǎn)生的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)機(jī)床，且由于其配套的各零部件加工精度、裝配精度以及自身剛 度較高，幾何誤差以及切削力引起的載荷誤差比重減小，因此熱誤差所占比重更大，成為影 響加工精度的最主要因素。目前針對數(shù)控機(jī)床空載工況下的主軸熱誤差測試、建模與仿真 分析已有大量研究。但是，在加工工況下，由于切削載荷所引起的主軸溫升和熱變形難以 體現(xiàn)在空載工況下的主軸熱特性與熱誤差試驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，空載工況的主軸熱場平衡與加工工 況的主軸熱場平衡不一致，并且機(jī)床熱態(tài)特性和動態(tài)特性以及載荷之間可能產(chǎn)生的耦合效 應(yīng)，通常空載狀態(tài)下的熱誤差模型難以反映主軸真實(shí)的熱態(tài)特性和熱誤差狀況，從而在實(shí) 際加工工況條件下難以獲得滿意的誤差補(bǔ)償效果；而真實(shí)加工工況下又無法進(jìn)行機(jī)床熱誤 差的實(shí)時(shí)在線測試，因此研究模擬工況載荷條件下機(jī)床的熱態(tài)特性對進(jìn)一步深入了解主軸 的熱態(tài)特性和熱誤差，提高數(shù)控機(jī)床的熱誤差補(bǔ)償效果、切實(shí)提高機(jī)床的加工精度具有重 要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種可以進(jìn)行模擬工況載荷條 件下機(jī)床主軸熱誤差測試試驗(yàn)方法，用于研究機(jī)床主軸在工況載荷下的熱態(tài)特性和熱誤差。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種模擬工況載 荷條件下機(jī)床主軸熱誤差測試試驗(yàn)方法，在機(jī)床主軸空載運(yùn)行的情況下，采用主軸熱誤差 測試試驗(yàn)系統(tǒng)測量機(jī)床主軸待測部位的溫度和熱誤差，所述機(jī)床主軸待測部位的溫度通過 安裝在待測部位的熱電阻來測量，所述機(jī)床熱誤差通過安裝在傳感器支架上的電渦流位移 傳感器感應(yīng)所述電渦流位移傳感器與安裝在所述機(jī)床主軸上的檢驗(yàn)棒之間的相對距離變 化來實(shí)現(xiàn)；機(jī)床主軸采用模擬工況載荷主軸加載裝置模擬工況載荷進(jìn)行加載，所述主軸加 載裝置包括力矩載荷加載裝置和徑向力載荷加載裝置；所述力矩載荷加載裝置包括磁粉制 動器，所述磁粉制動器安裝在加載裝置支架上，所述磁粉制動器通過導(dǎo)向鍵和所述檢驗(yàn)棒 連接，所述檢驗(yàn)棒與所述主軸連接，所述磁粉制動器通過所述導(dǎo)向鍵和所述檢驗(yàn)棒將模擬 力矩載荷施加到所述主軸上；所述徑向力載荷加載裝置包括拉壓力計(jì)，所述拉壓力計(jì)安裝 在徑向力加載裝置支承體上，所述徑向力加載裝置支承體與所述加載裝置支架固定連接， 所述拉壓力計(jì)設(shè)有受拉端和受壓端，所述拉壓力計(jì)的受拉端設(shè)有徑向力調(diào)整螺栓，所述拉 壓力計(jì)受壓端設(shè)有徑向力導(dǎo)桿，所述徑向力導(dǎo)桿的遠(yuǎn)拉壓力計(jì)端安裝有滾動軸承，所述滾動軸承與所述檢驗(yàn)棒滾動連接，所述徑向力調(diào)整螺栓通過擠壓所述拉壓力計(jì)產(chǎn)生模擬徑向 力載荷并通過所述徑向力導(dǎo)桿、所述滾動軸承和所述檢驗(yàn)棒施加到所述主軸上；1)在機(jī)床 主軸空載運(yùn)行的情況下，在所述機(jī)床主軸待測部位的溫度超過環(huán)境溫度并穩(wěn)定后，所述電 渦流位移傳感器測得機(jī)床主軸在空載狀態(tài)下的熱誤差；2)在機(jī)床主軸運(yùn)行的情況下，在所 述機(jī)床主軸待測部位的溫度保持為環(huán)境溫度時(shí)，采用所述力矩載荷加載裝置對機(jī)床主軸施 加模擬力矩載荷，所述電渦流位移傳感器測得機(jī)床主軸在模擬力矩載荷作用下的載荷變形 誤差；3)在機(jī)床主軸運(yùn)行的情況下，在所述機(jī)床主軸待測部位的溫度保持為環(huán)境溫度時(shí)， 采用所述徑向力載荷加載裝置通過所述檢驗(yàn)棒對機(jī)床主軸施加模擬徑向力載荷，所述電渦 流位移傳感器測得機(jī)床主軸在模擬徑向力載荷作用下的載荷變形誤差；4)在機(jī)床主軸運(yùn) 行的情況下，在所述機(jī)床主軸待測部位的溫度保持為環(huán)境溫度時(shí)，采用所述力矩載荷加載 裝置和所述徑向力載荷加載裝置通過所述檢驗(yàn)棒對機(jī)床主軸同時(shí)施加模擬力矩載荷和模 擬徑向力載荷，所述電渦流位移傳感器測得機(jī)床主軸在模擬力矩載荷和模擬徑向力載荷共 同作用下的載荷變形誤差；5)在機(jī)床主軸運(yùn)行的情況下，采用所述力矩載荷加載裝置對機(jī) 床主軸施加模擬力矩載荷，在所述機(jī)床主軸待測部位的溫度超過環(huán)境溫度并穩(wěn)定后，所述 電渦流位移傳感器測得機(jī)床主軸在模擬力矩載荷作用下的綜合誤差；6)在機(jī)床主軸運(yùn)行 的情況下，采用所述徑向力載荷加載裝置對機(jī)床主軸施加模擬徑向力載荷，在所述機(jī)床主 軸待測部位的溫度超過環(huán)境溫度并穩(wěn)定后，所述電渦流位移傳感器測得機(jī)床主軸在模擬徑 向力載荷作用下的綜合誤差；7)在機(jī)床主軸運(yùn)行的情況下，采用所述力矩載荷加載裝置和 所述徑向力載荷加載裝置通過所述檢驗(yàn)棒對機(jī)床主軸同時(shí)施加模擬力矩載荷和模擬徑向 力載荷，在所述機(jī)床主軸待測部位的溫度超過環(huán)境溫度并穩(wěn)定后，所述電渦流位移傳感器 測得機(jī)床主軸在模擬力矩載荷和模擬徑向力載荷共同作用下的綜合誤差；8)用步驟5)測 得的綜合誤差減去步驟2)測得的載荷變形誤差獲得模擬力矩載荷作用下機(jī)床主軸的綜合 熱誤差，所述模擬力矩載荷作用下機(jī)床主軸的綜合熱誤差減去步驟1)測得的機(jī)床主軸空 載工況下的主軸熱誤差獲得模擬力矩載荷作用下的機(jī)床主軸附加熱誤差；9)用步驟6)測 得的綜合誤差減去步驟3)測得的載荷變形誤差獲得模擬徑向力載荷作用下機(jī)床主軸的綜 合熱誤差，所述模擬徑向力載荷作用下機(jī)床主軸的綜合熱誤差減去步驟1)測得的機(jī)床主 軸空載工況下的主軸熱誤差獲得模擬徑向力載荷作用下的機(jī)床主軸附加熱誤差；10)用步 驟7)測得的綜合誤差減去步驟4)測得的載荷變形誤差獲得模擬力矩載荷和模擬徑向力載 荷共同作用下機(jī)床主軸的綜合熱誤差，所述模擬力矩載荷和模擬徑向力載荷共同作用下機(jī) 床主軸的綜合熱誤差減去步驟1)測得的機(jī)床主軸空載工況下的主軸熱誤差獲得模擬力矩 載荷和模擬徑向力載荷共同作用下的機(jī)床主軸附加熱誤差。所述傳感器支架設(shè)置有立式安裝面和水平安裝面；所述加載裝置支架設(shè)置有立式 安裝面和水平安裝面。所述熱電阻通過磁座安裝在所述主軸的待測部位，所述磁座包括固定套和磁套， 所述熱電阻與所述固定套螺紋連接，所述磁座通過所述磁套的磁力吸附在所述主軸表面； 所述熱電阻的測試端與主軸被測部位表面接觸，或者嵌裝在所述主軸被測部位設(shè)置的測量 孔內(nèi)，并與所述測量孔底面接觸。所述徑向力導(dǎo)桿裝在徑向力導(dǎo)套內(nèi)，所述徑向力導(dǎo)套固接在所述徑向力加載裝置 支承體上。
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本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是1)主軸模擬工況載荷加載與主軸的待測部位溫度、熱誤差測量同步進(jìn)行，可獲得 近似真實(shí)加工工況條件下的主軸熱態(tài)特性和熱誤差模型，為機(jī)床主軸的精度預(yù)測、精度設(shè) 計(jì)和誤差補(bǔ)償提供了一種切實(shí)可行的試驗(yàn)方法；2)由磁粉制動器產(chǎn)生的模擬力矩載荷可以通過勵磁電流來調(diào)節(jié)載荷大小，由拉壓 力計(jì)產(chǎn)生的模擬徑向力載荷可以通過徑向力調(diào)整螺栓的位移變化調(diào)節(jié)載荷大小，通過模擬 力矩載荷和模擬徑向力載荷的組合，可以模擬出機(jī)床主軸的多種工況載荷；3)通過空載工況下的機(jī)床主軸熱誤差測試試驗(yàn)結(jié)果和多種模擬工況載荷下的機(jī) 床主軸熱誤差測試試驗(yàn)結(jié)果的對比分析，為研究機(jī)床主軸載荷_結(jié)構(gòu)_熱耦合效應(yīng)提供了 一種有效的試驗(yàn)研究方法。


圖1為本發(fā)明的試驗(yàn)原理圖；圖2為臥式安裝在主軸試驗(yàn)臺上的模擬工況載荷條件下機(jī)床主軸熱誤差試驗(yàn)裝 置；圖3為立式安裝在機(jī)床工作臺上的模擬工況載荷條件下機(jī)床主軸熱誤差試驗(yàn)裝 置；圖4為模擬力矩載荷加載裝置；圖5為模擬徑向力載荷加載裝置；圖6為電渦流位移傳感器安裝支架；圖7為熱電阻測試端與主軸被測部位表面接觸的安裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為熱電阻測試端安裝在主軸被測部位測試孔內(nèi)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、主軸，2、主軸試驗(yàn)臺，3、傳感器支架，3-1、立式安裝面，3-2、水平安裝面， 4、磁座，5、熱電阻，6、檢驗(yàn)棒，7、徑向力載荷加載裝置，8、力矩載荷加載裝置，9、電渦流位移 傳感器，10、機(jī)床工作臺，11、加載裝置支架，11-1、立式安裝面，11-2、水平安裝面，12、導(dǎo)向 鍵，13、磁粉制動器，14、徑向力調(diào)整螺栓，15、活動擋板，16、拉壓力計(jì)，17、徑向力導(dǎo)桿，18、 徑向力導(dǎo)套，19、徑向力加載裝置支承體，20、滾動軸承，21、銷軸，22、磁套，23、固定套。
具體實(shí)施例方式為能進(jìn)一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點(diǎn)及功效，茲例舉以下實(shí)施例，并配合附圖 詳細(xì)說明如下一種模擬工況載荷條件下機(jī)床主軸熱誤差測試試驗(yàn)方法，采用模擬工況載荷主軸 加載裝置進(jìn)行加載，采用主軸熱誤差測試試驗(yàn)系統(tǒng)測量機(jī)床主軸待測部位的溫度和熱誤 差；請參閱圖1 圖8，上述模擬工況載荷主軸加載裝置和主軸熱誤差測試試驗(yàn)系統(tǒng)，試驗(yàn) 時(shí)，安裝在主軸試驗(yàn)臺2上或機(jī)床工作臺10上。其中，模擬工況載荷主軸加載裝置包括模 擬力矩載荷加載裝置8和模擬徑向力載荷加載裝置7兩部分。上述模擬力矩載荷加載裝置包括磁粉制動器13，磁粉制動器13安裝在加載裝置 支架11上，通過導(dǎo)向鍵12和檢驗(yàn)棒6連接，檢驗(yàn)棒6與主軸1連接，磁粉制動器13通過導(dǎo) 向鍵12、檢驗(yàn)棒6將模擬力矩載荷施加到主軸1上；通過調(diào)節(jié)磁粉制動器13勵磁電流的大
6小，可以線性調(diào)節(jié)模擬力矩載荷的大小。上述模擬徑向力載荷加載裝置包括拉壓力計(jì)16，拉壓力計(jì)16安裝在徑向力加載 裝置支承體19內(nèi)，拉壓力計(jì)16設(shè)有受拉端和受壓端，拉壓力計(jì)16的受拉端設(shè)有徑向力調(diào) 整螺栓14，拉壓力計(jì)16的受壓端設(shè)有徑向力導(dǎo)桿17，徑向力導(dǎo)桿17的另一端通過銷軸21 安裝有滾動軸承20，滾動軸承20與檢驗(yàn)棒6滾動連接。為了使徑向力調(diào)整螺栓14施加給 拉壓力計(jì)16的徑向力均勻傳遞，在徑向力調(diào)整螺栓14和拉壓力計(jì)16之間設(shè)有活動擋板 15，活動擋板15滑動連接在徑向力加載裝置支承體19上。通過旋轉(zhuǎn)徑向力調(diào)整螺栓14，可 以線性調(diào)節(jié)模擬徑向力載荷的大小。為了穩(wěn)定可靠的傳遞模擬徑向力載荷，徑向力導(dǎo)桿17 裝在徑向力導(dǎo)套18內(nèi)，徑向力導(dǎo)套18固接在徑向力加載裝置支承體19上。主軸熱誤差測試試驗(yàn)系統(tǒng)包括傳感器安裝子系統(tǒng)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集分析子系統(tǒng)。其 中傳感器安裝子系統(tǒng)包括安裝在主軸1待測部位的熱電阻5和安裝在傳感器支架3上的電 渦流位移傳感器9。上述熱電阻5安裝在磁座4內(nèi)，磁座4包括磁套22和固定套23，磁套22固裝在 固定套23內(nèi)的下部，固定套23內(nèi)的上部設(shè)有螺紋，用于連接熱電阻5，熱電阻5的測試端 與主軸被測部位接觸或嵌裝在主軸被測部位設(shè)置的測量孔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)主軸被測部位的溫度測 量。磁座4通過磁套22的磁力吸附在主軸上。上述熱電阻5與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。上述電渦流位移傳感器9安裝在傳感器支架3上，5個(gè)電渦流位移傳感器9的安裝 位置參照國家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T 17421. 3-2009機(jī)床檢驗(yàn)通則第3部分熱效應(yīng)的確定》確定，上 述5個(gè)電渦流位移傳感器9與位移測試儀連接，位移測試儀與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接，數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理。上述主軸熱誤差測試系統(tǒng)與主軸空載狀態(tài)下的熱 誤差測試系統(tǒng)相同，在此不再詳述。上述主軸熱誤差測試試驗(yàn)系統(tǒng)通過安裝在傳感器支架3上的電渦流位移傳感器 9與檢驗(yàn)棒6非接觸測量主軸熱誤差，傳感器支架3設(shè)置有立式安裝面3-1和水平安裝面 3-2 ；加載裝置支架11設(shè)置有立式安裝面11-1和水平安裝面11-2。因此，本發(fā)明不需要其 它輔助安裝支架，即可適用于立式安裝或者臥式安裝的機(jī)床主軸的模擬工況載荷條件下的 模擬加載和熱誤差測量；通過將傳感器支架的水平安裝面3-2和加載裝置支架的水平安裝 面11-2與機(jī)床工作臺或主軸試驗(yàn)臺固定連接安裝，本發(fā)明可適用于臥式安裝機(jī)床主軸的 模擬工況載荷條件下熱誤差試驗(yàn)；通過將傳感器支架的立式安裝面3-1和加載裝置支架的 立式安裝面11-1與機(jī)床工作臺或主軸試驗(yàn)臺固定連接安裝，本發(fā)明可適用于立式安裝機(jī) 床主軸的模擬工況載荷條件下熱誤差試驗(yàn)。本發(fā)明的主軸熱誤差測試試驗(yàn)系統(tǒng)通過安裝在主軸待測部位的熱電阻5測量溫 度，通過安裝在傳感器支架3上的電渦流位移傳感器9與檢驗(yàn)棒6非接觸測量主軸熱誤差， 模擬工況載荷主軸加載裝置與主軸熱誤差測試試驗(yàn)系統(tǒng)同時(shí)安裝在機(jī)床工作臺10或主軸 試驗(yàn)臺上2，模擬工況載荷主軸加載裝置通過與檢驗(yàn)棒6接觸對主軸1施加模擬工況載荷， 在主軸熱誤差測試試驗(yàn)過程中，采用模擬工況載荷主軸加載裝置同時(shí)對所述機(jī)床主軸施加 模擬工況載荷，使得所述機(jī)床主軸模擬工況載荷加載和熱誤差測量可以同步進(jìn)行。本發(fā)明用于模擬工況載荷條件下機(jī)床主軸熱誤差試驗(yàn)方法包括以下步驟1)使機(jī)床主軸1在真實(shí)加工過程中所采用的轉(zhuǎn)速進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，而不增加模擬力矩載荷和模擬徑向力載荷，使機(jī)床在空載工況下連續(xù)運(yùn)行，用熱電阻5測量機(jī)床主軸待測部位 的溫度，用安裝在傳感器支架3上的電渦流位移傳感器9測量檢驗(yàn)棒6待測部位的熱偏移， 直至機(jī)床主軸1待測部位溫度和檢驗(yàn)棒6待測部位三個(gè)方向的熱偏移處于一種不再變化的 穩(wěn)定狀態(tài)，然后讓機(jī)床主軸1停止運(yùn)轉(zhuǎn)，自然冷卻到機(jī)床主軸1待測部位溫度與環(huán)境溫度相 同，獲得機(jī)床主軸1空載工況下的主軸熱場分布和熱誤差；在機(jī)床主軸空載運(yùn)行的情況下，采用主軸熱誤差測試試驗(yàn)系統(tǒng)測量機(jī)床主軸待測 部位的溫度和熱誤差，機(jī)床主軸待測部位的溫度通過安裝在待測部位的熱電阻來測量，機(jī) 床熱誤差通過安裝在傳感器支架上的電渦流位移傳感器感應(yīng)電渦流位移傳感器與安裝在 機(jī)床主軸上的檢驗(yàn)棒之間的相對距離變化來實(shí)現(xiàn)；2)在機(jī)床主軸1剛開始以真實(shí)加工過程中所采用的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，在機(jī)床主軸待測部 位的溫度保持為環(huán)境溫度時(shí)，利用力矩載荷加載裝置8通過導(dǎo)向鍵11和檢驗(yàn)棒6對機(jī)床主 軸1施加模擬力矩載荷，測量檢驗(yàn)棒6三個(gè)方向的誤差，獲得機(jī)床主軸1在模擬力矩載荷作 用下的載荷變形誤差；3)在機(jī)床主軸1剛開始以真實(shí)加工過程中所采用的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，在機(jī)床主軸待測部 位的溫度保持為環(huán)境溫度時(shí)，利用徑向力載荷加載裝置7通過檢驗(yàn)棒6對機(jī)床主軸1施加 模擬徑向力載荷、測量檢驗(yàn)棒6三個(gè)方向的誤差，獲得機(jī)床主軸1在模擬徑向力載荷作用下 的載荷變形誤差；4)在機(jī)床主軸1剛開始以真實(shí)加工過程中所采用的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，在機(jī)床主軸待測部 位的溫度保持為環(huán)境溫度時(shí)，分別利用力矩載荷加載裝置8和徑向力載荷加載裝置7同步 施加模擬力矩載荷和模擬徑向力載荷，測量檢驗(yàn)棒6三個(gè)方向的誤差，獲得機(jī)床主軸1在模 擬力矩載荷和模擬徑向力載荷綜合作用下的載荷變形誤差；5)使機(jī)床主軸1以真實(shí)加工過程中所采用的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，利用力矩載荷加載裝置8 通過導(dǎo)向鍵11和檢驗(yàn)棒6對機(jī)床主軸1施加模擬力矩載荷，利用步驟1)的方法測量機(jī)床主 軸在模擬力矩載荷作用下待測部位的溫度變化和檢驗(yàn)棒6待測部位三個(gè)方向的綜合誤差；6)讓機(jī)床主軸1以真實(shí)加工過程中所采用的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，利用徑向力載荷加載裝置 7通過檢驗(yàn)棒6對機(jī)床主軸1施加模擬徑向力載荷，利用步驟1)的方法測量機(jī)床主軸在模 擬徑向力載荷作用下待測部位的溫度變化和檢驗(yàn)棒6待測部位三個(gè)方向的綜合誤差；7)讓機(jī)床主軸1以真實(shí)加工過程中所采用的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，利用力矩載荷加載裝置8 和徑向力載荷加載裝置7通過檢驗(yàn)棒6同時(shí)對機(jī)床主軸1施加模擬力矩載荷和模擬徑向力 載荷，利用步驟1)的方法測量機(jī)床主軸在模擬力矩載荷和模擬徑向力載荷綜合作用下待 測部位的溫度變化和檢驗(yàn)棒6待測部位三個(gè)方向的綜合誤差；8)用步驟5)所獲得的機(jī)床主軸綜合誤差結(jié)果，減去步驟2)所獲得的模擬力矩載 荷引起的機(jī)床主軸的載荷變形誤差，即為模擬力矩載荷作用下機(jī)床主軸1的綜合熱誤差， 用綜合熱誤差與步驟1)所獲得的機(jī)床主軸1空載工況下的主軸熱場分布和熱誤差進(jìn)行對 比分析，可以獲得由于模擬力矩載荷作用所引起的附加熱誤差，此為力矩載荷與主軸電機(jī) 發(fā)熱耦合效應(yīng)作用所引起；9)用步驟6)所獲得的機(jī)床主軸綜合誤差結(jié)果，減去步驟3)所獲得的模擬徑向力 載荷引起的機(jī)床主軸的載荷變形誤差，即為模擬徑向力載荷作用下機(jī)床主軸1的綜合熱誤 差，用綜合熱誤差與步驟1)所獲得的機(jī)床主軸1空載工況下的主軸熱場分布和熱誤差進(jìn)行
8對比分析，可以獲得由于模擬徑向力載荷作用所引起的附加熱誤差，此為徑向力載荷與主 軸軸承發(fā)熱耦合效應(yīng)作用所引起；10)用步驟7)所獲得的機(jī)床主軸綜合誤差結(jié)果，減去步驟4)所獲得的模擬力矩載 荷和模擬徑向力載荷綜合作用下的載荷變形誤差，即為模擬工況載荷作用下機(jī)床主軸1的 綜合熱誤差，用綜合熱誤差與步驟1)所獲得的機(jī)床主軸1空載工況下的主軸熱場分布和熱 誤差進(jìn)行對比分析，可以獲得由于模擬工況載荷作用所引起的附加熱誤差，此為機(jī)床主軸1 載荷-結(jié)構(gòu)-熱耦合效應(yīng)作用所引起。本發(fā)明利用模擬工況載荷主軸加載裝置對機(jī)床主軸進(jìn)行加載，利用主軸熱誤差測 試試驗(yàn)系統(tǒng)在加載過程中同步測量機(jī)床主軸溫升和熱變形，主要適用于模擬工況載荷下主 軸的熱誤差測試試驗(yàn)和機(jī)床主軸熱誤差補(bǔ)償。其主要特點(diǎn)是利用磁粉制動器模擬力矩載 荷，利用拉壓力計(jì)模擬徑向力載荷，模擬載荷通過安裝在主軸上的檢驗(yàn)棒傳遞至主軸系統(tǒng)， 采用熱電阻測量主軸待測部位溫度變化，采用電渦流位移傳感器測量主軸變形，可以實(shí)現(xiàn) 主軸模擬工況載荷加載與主軸的熱誤差測量同步進(jìn)行；通過磁粉制動器勵磁電流調(diào)節(jié)模擬 力矩載荷，通過拉壓力受壓端變形調(diào)節(jié)模擬徑向力載荷，可以模擬多種工況條件下機(jī)床主 軸的載荷；通過空載條件下的機(jī)床主軸熱誤差試驗(yàn)、模擬工況載荷條件下機(jī)床主軸熱誤差 試驗(yàn)、模擬工況載荷條件下機(jī)床主軸的載荷誤差試驗(yàn)結(jié)果對比分析，可以獲得由于模擬工 況載荷所引起的機(jī)床主軸熱誤差。該方法為研究機(jī)床主軸在工況載荷下的熱態(tài)特性和熱誤 差提供了 一種切實(shí)可行的試驗(yàn)研究方法。盡管上面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上 述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可 以作出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
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權(quán)利要求
一種模擬工況載荷條件下機(jī)床主軸熱誤差測試試驗(yàn)方法，在機(jī)床主軸空載運(yùn)行的情況下，采用主軸熱誤差測試試驗(yàn)系統(tǒng)測量機(jī)床主軸待測部位的溫度和熱誤差，所述機(jī)床主軸待測部位的溫度通過安裝在待測部位的熱電阻來測量，所述機(jī)床熱誤差通過安裝在傳感器支架上的電渦流位移傳感器感應(yīng)所述電渦流位移傳感器與安裝在所述機(jī)床主軸上的檢驗(yàn)棒之間的相對距離變化來實(shí)現(xiàn)；其特征在于，機(jī)床主軸采用模擬工況載荷主軸加載裝置模擬工況載荷進(jìn)行加載，所述主軸加載裝置包括力矩載荷加載裝置和徑向力載荷加載裝置；所述力矩載荷加載裝置包括磁粉制動器，所述磁粉制動器安裝在加載裝置支架上，所述磁粉制動器通過導(dǎo)向鍵和所述檢驗(yàn)棒連接，所述檢驗(yàn)棒與所述主軸連接，所述磁粉制動器通過所述導(dǎo)向鍵和所述檢驗(yàn)棒將模擬力矩載荷施加到所述主軸上；所述徑向力載荷加載裝置包括拉壓力計(jì)，所述拉壓力計(jì)安裝在徑向力加載裝置支承體上，所述徑向力加載裝置支承體與所述加載裝置支架固定連接，所述拉壓力計(jì)設(shè)有受拉端和受壓端，所述拉壓力計(jì)的受拉端設(shè)有徑向力調(diào)整螺栓，所述拉壓力計(jì)受壓端設(shè)有徑向力導(dǎo)桿，所述徑向力導(dǎo)桿的遠(yuǎn)拉壓力計(jì)端安裝有滾動軸承，所述滾動軸承與所述檢驗(yàn)棒滾動連接，所述徑向力調(diào)整螺栓通過擠壓所述拉壓力計(jì)產(chǎn)生模擬徑向力載荷并通過所述徑向力導(dǎo)桿、所述滾動軸承和所述檢驗(yàn)棒施加到所述主軸上；1)在機(jī)床主軸空載運(yùn)行的情況下，在所述機(jī)床主軸待測部位的溫度超過環(huán)境溫度并穩(wěn)定后，所述電渦流位移傳感器測得機(jī)床主軸在空載狀態(tài)下的熱誤差；2)在機(jī)床主軸運(yùn)行的情況下，在所述機(jī)床主軸待測部位的溫度保持為環(huán)境溫度時(shí)，采用所述力矩載荷加載裝置對機(jī)床主軸施加模擬力矩載荷，所述電渦流位移傳感器測得機(jī)床主軸在模擬力矩載荷作用下的載荷變形誤差；3)在機(jī)床主軸運(yùn)行的情況下，在所述機(jī)床主軸待測部位的溫度保持為環(huán)境溫度時(shí)，采用所述徑向力載荷加載裝置通過所述檢驗(yàn)棒對機(jī)床主軸施加模擬徑向力載荷，所述電渦流位移傳感器測得機(jī)床主軸在模擬徑向力載荷作用下的載荷變形誤差；4)在機(jī)床主軸運(yùn)行的情況下，在所述機(jī)床主軸待測部位的溫度保持為環(huán)境溫度時(shí)，采用所述力矩載荷加載裝置和所述徑向力載荷加載裝置通過所述檢驗(yàn)棒對機(jī)床主軸同時(shí)施加模擬力矩載荷和模擬徑向力載荷，所述電渦流位移傳感器測得機(jī)床主軸在模擬力矩載荷和模擬徑向力載荷共同作用下的載荷變形誤差；5)在機(jī)床主軸運(yùn)行的情況下，采用所述力矩載荷加載裝置對機(jī)床主軸施加模擬力矩載荷，在所述機(jī)床主軸待測部位的溫度超過環(huán)境溫度并穩(wěn)定后，所述電渦流位移傳感器測得機(jī)床主軸在模擬力矩載荷作用下的綜合誤差；6)在機(jī)床主軸運(yùn)行的情況下，采用所述徑向力載荷加載裝置對機(jī)床主軸施加模擬徑向力載荷，在所述機(jī)床主軸待測部位的溫度超過環(huán)境溫度并穩(wěn)定后，所述電渦流位移傳感器測得機(jī)床主軸在模擬徑向力載荷作用下的綜合誤差；7)在機(jī)床主軸運(yùn)行的情況下，采用所述力矩載荷加載裝置和所述徑向力載荷加載裝置通過所述檢驗(yàn)棒對機(jī)床主軸同時(shí)施加模擬力矩載荷和模擬徑向力載荷，在所述機(jī)床主軸待測部位的溫度超過環(huán)境溫度并穩(wěn)定后，所述電渦流位移傳感器測得機(jī)床主軸在模擬力矩載荷和模擬徑向力載荷共同作用下的綜合誤差；8)用步驟5)測得的綜合誤差減去步驟2)測得的載荷變形誤差獲得模擬力矩載荷作用下機(jī)床主軸的綜合熱誤差，所述模擬力矩載荷作用下機(jī)床主軸的綜合熱誤差減去步驟1)測得的機(jī)床主軸空載工況下的主軸熱誤差獲得模擬力矩載荷作用下的機(jī)床主軸附加熱誤差；9)用步驟6)測得的綜合誤差減去步驟3)測得的載荷變形誤差獲得模擬徑向力載荷作用下機(jī)床主軸的綜合熱誤差，所述模擬徑向力載荷作用下機(jī)床主軸的綜合熱誤差減去步驟1)測得的機(jī)床主軸空載工況下的主軸熱誤差獲得模擬徑向力載荷作用下的機(jī)床主軸附加熱誤差；10)用步驟7)測得的綜合誤差減去步驟4)測得的載荷變形誤差獲得模擬力矩載荷和模擬徑向力載荷共同作用下機(jī)床主軸的綜合熱誤差，所述模擬力矩載荷和模擬徑向力載荷共同作用下機(jī)床主軸的綜合熱誤差減去步驟1)測得的機(jī)床主軸空載工況下的主軸熱誤差獲得模擬力矩載荷和模擬徑向力載荷共同作用下的機(jī)床主軸附加熱誤差。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬工況載荷條件下機(jī)床主軸熱誤差測試試驗(yàn)方法，其特征 在于，所述傳感器支架設(shè)置有立式安裝面和水平安裝面；所述加載裝置支架設(shè)置有立式安 裝面和水平安裝面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬工況載荷條件下機(jī)床主軸熱誤差測試試驗(yàn)方法，其特 征在于，所述熱電阻通過磁座安裝在所述主軸的待測部位，所述磁座包括固定套和磁套，所 述熱電阻與所述固定套螺紋連接，所述磁座通過所述磁套的磁力吸附在所述主軸表面；所 述熱電阻的測試端與主軸被測部位表面接觸，或者嵌裝在所述主軸被測部位設(shè)置的測量孔 內(nèi)，并與所述測量孔底面接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模擬工況載荷條件下機(jī)床主軸熱誤差測試試驗(yàn)方法，其特征 在于，所述徑向力導(dǎo)桿裝在徑向力導(dǎo)套內(nèi)，所述徑向力導(dǎo)套固接在所述徑向力加載裝置支 承體上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種模擬工況載荷條件下機(jī)床主軸熱誤差測試試驗(yàn)方法，其特點(diǎn)在于，采用模擬工況載荷條件下機(jī)床主軸熱誤差試驗(yàn)裝置對機(jī)床主軸進(jìn)行模擬工況載荷加載，該試驗(yàn)裝置包括主軸熱誤差測試試驗(yàn)系統(tǒng)，還包括模擬工況載荷主軸加載裝置；主軸加載裝置包括力矩載荷加載裝置和徑向力載荷加載裝置；力矩載荷加載裝置包括磁粉制動器，磁粉制動器通過導(dǎo)向鍵和檢驗(yàn)棒將模擬力矩載荷施加到主軸上；徑向力載荷加載裝置包括拉壓力計(jì)，徑向力調(diào)整螺栓通過擠壓拉壓力計(jì)產(chǎn)生模擬徑向力載荷，并通過徑向力導(dǎo)桿、滾動軸承和檢驗(yàn)棒滾動接觸將模擬徑向力載荷施加到主軸上。本發(fā)明為機(jī)床主軸的精度預(yù)測、精度設(shè)計(jì)和熱誤差補(bǔ)償提供了一種切實(shí)可行的試驗(yàn)方法。
文檔編號G01M13/04GK101972947SQ20101029228
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月26日
發(fā)明者崔良玉, 張大衛(wèi), 張宏杰, 沈煜, 高衛(wèi)國, 齊向陽 申請人:天津大學(xué)