專利名稱：用于數控直接進給軸的直線電機功率性能測試試驗裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種直線電機測試試驗裝置，特別涉及一種用于數控直接進給軸的直線電機功率性能測試試驗裝置。
背景技術：
目前世界上高速加工技術成為近些年發展迅速的主要技術之一。直線電機開始作為高速進給系統出現在加工中心中。由于直接驅動進給系統具有傳統進給系統無法比擬的優點和潛力，再次受到各國的重視。直線電機作為一種機電系統，將機械結構簡單化，電氣控制復雜化，符合現代機電技術的發展趨勢。國內研究直線電機，特別是機床進給系統中的直線伺服電機的研究還處于起步階段，和國外的差距較大。另一方面，國內目前尚未制定完整的直線電機檢驗方法和測試設備，基本上都是根據所用電機的型式和場合使用現有設備進行一些特定參數的測試.而且基本上是借鑒旋轉電機相應的方法和有關的國家標準制定方案。這些測試方法無法針對直線電機的某些具體特性進行測試，其測試結果也無法全面準確反映直線電機的工作性能，對直線電機性能的檢測實驗方法及實驗設備的研制就顯得至關重要。直線電機功率作為進給軸的驅動能力的一個重要指標，對該項性能進行檢測對評價直線電機的性能具有重要意義。
發明內容
本發明是要提供一個用于數控直接進給軸的直線電機功率性能測試試驗裝置，其主要目的，在于實現面向直接進給軸的直線電機功率的檢測功能。為實現上述目的，本發明采用以下技術方案
一種用于數控直接進給軸的直線電機功率性能測試試驗裝置，由推力測試試驗臺和速 度傳感器組成，推力測試試驗臺和速度傳感器分別固定在進給軸床身的兩端，其特點是推力測試試驗臺包括機架組件、傳動裝置組件、滾珠絲杠螺母副組件、觸手組件、阻尼器組件；機架組件上面通過前支撐座和后支撐座連接傳動裝置組件，機架組件與傳動裝置組件之間設有滾珠絲杠螺母副組件，且滾珠絲杠螺母副組件的導軌固定在機架組件的支撐板上，滾珠絲杠螺母副組件的滾珠絲杠通過軸承座固定在機架組件的支撐板上；滾珠絲杠螺母副組件的螺母座與傳動裝置組件的傳動連接件之間設有觸手組件；且兩個觸手組件在螺母座的兩側對稱排布，并與螺母座固定連接；阻尼器組件安裝在滾珠絲杠螺母副組件的滾珠絲杠端部位置，并通過阻尼支撐座固定在機架組件的支撐板上。機架組件包括磁塊組，支撐板及安裝在支撐板上的兩個前支撐座、兩個后支撐座及兩個對稱的軸承座，其中，磁塊組安裝在支撐板下面。傳動裝置組件包括導向軸、直線軸承及傳動連接件，導向軸的兩端分別穿過前支撐座和后支撐座上的孔，導向軸上設有直線軸承，直線軸承通過傳動連接件上的孔及螺釘與傳動連接件固定在一起，傳動連接件通過直線軸承實現在導向軸上滑動。滾珠絲杠螺母副組件包括滾珠絲杠、螺母、螺母座、導軌滑塊、導軌及兩個軸承，滾珠絲杠兩端依靠前后軸承進行支撐，軸承設于軸承座的孔內，螺母通過螺釘與螺母座的螺母法蘭鎖緊，螺母座與螺母導軌滑塊采用下鎖式的固定方式固定；導軌滑塊設于導軌之上，螺母座與導軌滑塊一起沿導軌滑動。觸手組件包括推桿、導向套、彈簧、推力傳感器、推力傳感器安裝板及固定連接件，固定連接件通過兩個螺釘與螺母座連接，固定連接件內兩端分別設有推力傳感器安裝板和導向套，推力傳感器用螺釘固定在推力傳感器安裝板內側上，導向套內滑動配合連接推桿，推桿后端與彈簧相連，彈簧另一端與推力傳感器固定連接。阻尼器組件包括阻尼盤、阻尼座、阻尼支撐座、調整螺母，阻尼盤設置在滾珠絲杠的端部位置，與阻尼座相配合，阻尼座固定在阻尼支撐座上，阻尼支撐座通過螺釘與支撐板連接，通過旋轉滾珠絲桿末端的調整螺母(54)，調整阻尼盤與阻尼座之間的接觸間隙。本發明的有益效果是直接面向工程應用，對開發與研制檢驗直線電機性能裝置 和儀器具有一定的參考價值，能夠在一定程度上對直線電機檢驗技術與直線電機檢驗儀器的發展與完善提供一些方法和理念，有助于使用或制造直線電機的廠商正確地了解其性能參數，進行對比和選擇使直線電機在性能測試領域更加有依據，更加成熟化。采用上述技術方案后，本發明與現有的背景技術相比，具有如下優點
(I)它可以單獨完成整套直線電機功率檢測項目，而不需要多項輔助性測試機構進行協調測試，從而保證它整體性的同時，也能夠更精確地測試性能參數，應變數據，進而簡化測試步驟以及降低測試難度。(2)整個檢測機構裝拆方便，可在各種不同直線電機實際環境下做出相應的位置調整，安裝定位方便易于操作，適應性較強。(3)整個機構能夠在有限的空間內完成對直線電機功率的檢測。整體結構簡單，體積小，調整方便。
圖I是本發明的立體分解 圖2是本發明的等軸測 圖3是本發明的俯視 圖4是本發明的剖視 圖5是本發明的觸手組件剖視 圖6是本發明的總體布置圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。本發明根據P=Fv,分為兩部分，即直線電機推力檢測和速度檢測。推力檢測主要是對直線電機做推力的測試，在運動過程中，通過力傳感器來獲得數據；速度檢測主要是對直線電機做速度的測試，在運動過程中，通過速度傳感器來獲得數據。由于速度傳感器可直接測試直線電機速度，故本發明主要著重于對推力的檢測。
本發明是將電機的直線運動轉換成旋轉運動，進而檢測出直線電機的推力。選用絲杠螺母副來實現。如果將絲杠固定不動，轉動絲杠可以實現螺母的直線運動。反之，如果推動螺母，也可以實現絲杠的轉動。直線電機與試驗機構之間使用傳動裝置來保證力的傳遞，使用推桿來推動螺母做直線運動，在兩者之間安裝力傳感器，并在絲杠的一端安裝阻尼器進行剎車。由此即可得到所要測得的推力。根據P=Fv,測量得到的直線電機推力和運行速度就可以得到直線電機的輸出功率。如圖6所示，本發明包括推力測試試驗臺60和速度傳感器70。推力測試試驗臺60和速度傳感器70分別固定在機床床身93的兩端。推力測 試試驗臺機構60通過磁塊組11與機床床身連接，速度傳感器70通過螺釘與磁塊組11固定后，通過磁塊組11機床床身93連接。測定的直線電機由直線電機動子91和直線電機定子92組成。(I)電機速度測量
速度的測試可以通過速度傳感器70測定直線電機動子91的位置變化，進而計算出直線電機動子91的速度值。本實施例中采用的速度傳感器為ZLS-C50激光高精度測速傳感器，用以測定直線電機動子91的運動速度，速度傳感器70將速度信號轉化為數字量后，信號經采樣計算機80后，實現速度數據的實時采樣。(2)電機推力的測量
本發明測量直線電機推力的方法是將電機的直線運動轉換成旋轉運動，進而檢測出電機的推力。由直線電機動子91帶動機床立柱去推動試驗臺的傳動連接件23，傳動連接件23與直線軸承22 —起在導向軸21上滑動，將推力傳給觸手組件4的推桿41，推桿41推動彈簧43把推力傳給推力傳感器44。推力傳感器44將測得的推力轉換成電信號送入計算機80。如圖I 4所示，推力測試試驗臺60，包括機架組件I、傳動裝置組件2、滾珠絲杠螺母副組件3、觸手組件4與阻尼器組件5。機架組件I上面通過前支撐座13和后支撐座14連接傳動裝置組件2，機架組件I與傳動裝置組件2之間設有滾珠絲杠螺母副組件3，且滾珠絲杠螺母副組件3的導軌35固定在機架組件I的支撐板12上，滾珠絲杠螺母副組件3的滾珠絲杠31通過軸承座15固定在機架組件I的支撐板12上；滾珠絲杠螺母副組件3的螺母座33與傳動裝置組件2的傳動連接件23之間設有觸手組件4 ;且兩個觸手組件4在螺母座33的兩側對稱排布，并與螺母座33固定連接；阻尼器組件5安裝在滾珠絲杠螺母副組件3的滾珠絲杠31的端部位置，并通過阻尼支撐座53固定在機架組件I的支撐板12上。如圖I 4所示，底座組件I由磁塊組11和支撐板12及安裝在支撐板12上的兩個前支撐座13、兩個后支撐座14及兩個對稱的軸承座15組成。磁塊組11吸在機床上進行固定，磁塊組11上有螺孔，可用螺釘與支撐板12連接。支撐板12上對稱的分布若干個螺孔，用來固定兩個前支撐座13、兩個后支撐座14、兩個對稱的軸承座15、導軌35及阻尼支撐座53。如圖I 4所示,傳動裝置組件2包括兩個導向軸21、兩個直線軸承22及傳動連接件23。導向軸21的兩端分別穿過前支撐座13和后支撐座14上的孔，前支撐座13處用軸用彈性擋圈軸向固定，后支撐座14處用螺母軸向固定。導向軸21上設有直線軸承22，直線軸承22通過傳動連接件23上的孔及螺釘與傳動連接件23固定在一起，使得傳動連接件23可以和直線軸承22 —起在導向軸21上滑動。如圖I 4所示，滾珠絲杠螺母副組件3包括滾珠絲杠31、螺母32、螺
母座33、導軌滑塊34、導軌35及兩個軸承36。滾珠絲杠31兩端穿過軸承36上的孔，軸承36設于軸承座15的孔內。螺母32通過螺釘與螺母座33的螺母法蘭鎖緊。螺母座33與導軌滑塊34采用下鎖式的固定方式固定。導軌35設于支撐板12之上，通過螺釘連接。如圖I 5所示，觸手組件4包括推桿41、導向套42、彈簧43、推力傳感器44、推力傳感器安裝板45及固定連接件46。為了受力均勻及測力準確，觸手組件4在螺母座的兩側對稱排布。固定連接件46通過兩個螺釘與螺母座43連接。固定連接件46上設有推 力傳感器安裝板45和導向套42，通過焊接的方法連接。推力傳感器45用螺釘固定在推力傳感器安裝板45上。推桿41通過導向套42，可在導向套42內沿軸向滑動，一端與彈簧43相連。彈簧43另一端與推力傳感器44固定。如圖I 4所示，阻尼器組件5包括阻尼盤51、阻尼座52、阻尼支撐座53、調整螺母54。阻尼盤51設置在滾珠絲杠31的端部位置，與阻尼座52相配合，阻尼座52固定在阻尼支撐座53上，阻尼支撐座53通過螺釘與支撐板12連接，調整螺母54設于絲桿上，其端面與阻尼盤51接觸，用于調整阻尼的大小。通過調整調整螺母54來改變阻尼51盤與阻尼座52之間的預緊力，進而改變推動絲桿螺母的運動阻力，以實現額定試驗、堵動試驗、空載試驗。測試的時候一般采用堵轉試驗的方法進行測試，這時測得的為最大推力，也即是起動推力。( 3 )直線電機效率測定
用制動法測試電機效率，直線電機輸入功率^可由輸入的電壓和電流相乘得出。輸出功率P由本發明測出。計算公式如下
P
η =——X100%
式中
P一電機的輸出功率 Pyi一電機的輸入功率
以上所述，僅為本發明較佳的具體實施方式
，但本發明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發明揭露的技術范圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。因此，本發明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。
權利要求
1.一種用于數控直接進給軸的直線電機功率性能測試試驗裝置，由推力測試試驗臺(60)和速度傳感器(70)組成，推力測試試驗臺(60)和速度傳感器(70)分別固定在進給軸床身(93)的兩端，其特征在于所述推力測試試驗臺(60)包括機架組件(I)、傳動裝置組件(2)、滾珠絲杠螺母副組件(3)、觸手組件(4)、阻尼器組件(5);機架組件(I)上面通過前支撐座(13)和后支撐座(14)連接傳動裝置組件(2)，機架組件(I)與傳動裝置組件(2)之間設有滾珠絲杠螺母副組件(3 )，且滾珠絲杠螺母副組件(3 )的導軌(35 )固定在機架組件(I)的支撐板(12)上，滾珠絲杠螺母副組件(3)的滾珠絲杠(31)通過軸承座(15)固定在機架組件(I)的支撐板(12)上；滾珠絲杠螺母副組件(3)的螺母座(33)與傳動裝置組件(2)的傳動連接件(23)之間設有觸手組件(4);且兩個觸手組件(4)在螺母座(33)的兩側對稱排布，并與螺母座(33)固定連接；阻尼器組件(5)安裝在滾珠絲杠螺母副組件(3)的滾珠絲杠(31)端部位置，并通過阻尼支撐座(53 )固定在機架組件(I)的支撐板(12 )上。
2.根據權利要求I所述的一種用于數控直接進給軸的直線電機功率性能測試試驗裝置，其特征在于所述機架組件(I)包括磁塊組(11)，支撐板(12)及安裝在支撐板(12)上的兩個前支撐座(13)、兩個后支撐座(14)及兩個對稱的軸承座(15)，其中，磁塊組(11)安裝在支撐板(12)下面。
3.根據權利要求I所述的用于數控直接進給軸的直線電機功率性能測試試驗裝置，其特征在于所述傳動裝置組件(2)包括導向軸(21)、直線軸承(22)及傳動連接件(23)，導向軸(21)的兩端分別穿過前支撐座(13)和后支撐座(14)上的孔，導向軸(21)上設有直線軸承(22 )，直線軸承(22 )通過傳動連接件(23 )上的孔及螺釘與傳動連接件(23 )固定在一起，傳動連接件(23)通過直線軸承(22)實現在導向軸(21)上滑動。
4.根據權利要求I所述的用于數控直接進給軸的直線電機功率性能測試試驗裝置，其特征在于所述滾珠絲杠螺母副組件(3)包括滾珠絲杠(31)、螺母(32)、螺母座(33)、導軌滑塊(34)、導軌(35)及兩個軸承(36)，滾珠絲杠(31)兩端依靠前后軸承(36)進行支撐，軸承(36)設于軸承座(15)的孔內，螺母(32)通過螺釘與螺母座(33)的螺母法蘭鎖緊，螺母座(33)與螺母導軌滑塊(34)采用下鎖式的固定方式固定；導軌滑塊(34)設于導軌(35)之上，螺母座(33 )與導軌滑塊(34) 一起沿導軌(35 )滑動。
5.根據權利要求I所述的用于數控直接進給軸的直線電機功率性能測試試驗裝置，其特征在于所述觸手組件(4)包括推桿(41)、導向套(42)、彈簧(43)、推力傳感器(44)、推力傳感器安裝板(45 )及固定連接件(46 )，固定連接件(46 )通過兩個螺釘與螺母座(33 )連接，固定連接件(46)內兩端分別設有推力傳感器安裝板(45)和導向套(42)，推力傳感器(44)用螺釘固定在推力傳感器安裝板(45)內側上，導向套(42)內滑動配合連接推桿(41)，推桿(41)后端與彈簧(43)相連，彈簧(43)另一端與推力傳感器(44)固定連接。
6.根據權利要求I所述的用于數控直接進給軸的直線電機功率性能測試試驗裝置，其特征在于所述阻尼器組件(5)包括阻尼盤(51 )、阻尼座(52)、阻尼支撐座(53)、調整螺母(54)，阻尼盤(51)設置在滾珠絲杠(31)的端部位置，與阻尼座(52 )相配合，阻尼座(52 )固定在阻尼支撐座(53 )上，阻尼支撐座(53 )通過螺釘與支撐板(12 )連接，通過旋轉滾珠絲桿(31)末端的調整螺母(54)，調整阻尼盤(51)與阻尼座(52)之間的接觸間隙。
全文摘要
本發明涉及一種用于數控直接進給軸的直線電機功率性能測試試驗裝置，由推力測試試驗臺和速度傳感器組成，推力測試試驗臺包括機架組件、傳動裝置組件、滾珠絲杠螺母副組件、觸手組件、阻尼器組件；機架組件上面通過前支撐座和后支撐座連接傳動裝置組件，機架組件與傳動裝置組件之間設有滾珠絲杠螺母副組件，且滾珠絲杠螺母副組件的導軌固定在機架組件的支撐板上，滾珠絲杠通過軸承座固定在機架組件的支撐板上；滾珠絲杠螺母副組件的螺母座與傳動裝置組件的傳動連接件之間設有觸手組件且兩個觸手組件在螺母座的兩側對稱排布，并與螺母座固定連接；阻尼器組件安裝在滾珠絲杠螺母副組件的滾珠絲杠端部位置，并通過阻尼支撐座固定在機架組件的支撐板上。
文檔編號G01P3/36GK102866355SQ20121036014
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月25日 優先權日2012年9月25日
發明者林獻坤, 吳倩倩, 袁婷婷, 李郝林 申請人:上海理工大學