一種主軸軸向靜剛度測試方法及控制系統的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及機床主軸性能測試領域，特別是設及一種主軸軸向靜剛度測試方法及 控制系統。
【背景技術】
[0002] 主軸是機床的核屯、功能部件，其性能直接影響到機床整機的性能。主軸軸向靜剛 度是指主軸單元在軸向載荷的作用下抵抗變形的能力，通常W主軸轉子前端產生單位軸向 位移時，在軸向位移方向上所施加的載荷來表示主軸的軸向靜剛度。主軸的軸向靜剛度作 為評定數控機床整機質量和主軸單元設計的一項重要指標，不僅會影響加工部件的幾何精 度和表面質量，也是預測主軸動態特性、軸承壽命和噪聲的基礎。
[0003] 目前，國內外已有很多關于主軸軸向靜剛度的測試方法，但是已有的測試方法只 是針對某一載荷下的主軸軸向變形來近似表示主軸的軸向剛度，運種將主軸軸向剛度線性 化的測試方法在精密加工中尤其是在數控機床高速端銳時會造成一定的誤差。

【發明內容】

[0004] 本發明所要解決的技術問題是，提供一種主軸軸向靜剛度測試方法及控制系統。
[0005] 本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是:一種主軸軸向靜 剛度測試方法及控制系統，其特征在于，包括數據采集處理系統、運動控制系統、加載卸載 執行單元和人機交互界面。所述數據采集系統包括壓力傳感器、電滿流位移傳感器、NI數據 采集卡、計算機;所述運動控制系統包括NI運動控制卡、伺服驅動器、伺服電機;所述加載卸 載執行單元包括鎖緊桿套環、鎖緊桿，所述鎖緊桿通過螺紋副與所述鎖緊桿套環連接。
[0006] 所述計算機中設有基于LabVIEW編制的數據采集、處理程序、運動控制程序和人機 交互界面，W實現數據的采集、運算、分析、處理、顯示、存儲和對加載卸載執行單元的控制， 所述數據采集程序通過所述NI數據采集卡按照所述人機交互界面設置的力加載卸載步長 采集所述電滿流位移傳感器的位移信息和所述壓力傳感器的力信息，所述數據處理程序是 計算機按照最小二乘法原理將所述電滿流位移傳感器的位移信息和所述壓力傳感器的力 信息進行擬合處理，所述運動控制程序按照人機交互界面設置的力加載卸載步長對NI運動 控制卡發出指令，通過伺服驅動器驅動伺服電機對執行單元進行加載或者卸載，并將壓力 傳感器中測得的壓力值反饋給運動控制程序，所述人機交互界面可顯示加載力-位移靜剛 度曲線和卸載力-位移靜剛度曲線，所述人機交互界面可設置加載卸載執行單元最大加載 力、加載力加載和卸載的步長、加載速度。所述伺服電機通過旋轉鎖緊桿而將加載或者卸載 力傳遞給壓力傳感器并最終傳遞給主軸轉子。
[0007] -種主軸軸向靜剛度測試方法及控制系統，包括W下步驟：
[0008] (1)在人機界面上設置最大加載力，加載力加載和卸載步長、加載速度；
[0009] (2)根據主軸的直徑調節鎖緊桿套環、鎖緊桿、力傳感器組件、位移傳感器與主軸 單元轉子的相對位置；
[0010] (3)計算機向NI運動控制卡和NI數據采集卡發出控制信號；
[0011] (4)NI運動控制卡通過伺服驅動器驅動伺服電機旋轉鎖緊桿，向主軸轉子施加軸 向載荷，同時NI數據采集卡采集壓力傳感器測得的載荷值并反饋給計算機，當壓力傳感器 測得的載荷值等于單位步長時，停止加載并保持一段時間，待壓力傳感器測得的載荷值穩 定后NI數據采集卡采集電滿流位移傳感器測得的位移值。將壓力傳感器測得的穩定載荷值 和電滿流位移傳感器測得的位移值存儲到計算機，并開始下一步長的操作，直至加載到最 大加載力。
[0012] (5)計算機將采集到的數據進行如下處理：
[0013]
[0014] yi = ax廣b即為主軸的軸向加載靜剛度表達式，通過人機交互界面顯示擬合曲線， 曲線斜率即為主軸軸向加載靜剛度值。
[001引其中：n為加載步數；
[0016] XI為第i步電滿流位移傳感器測得的位移值；
[0017] yi為第i步壓力傳感器測得的穩定載荷值。
[0018] (6)加載力的卸載同加載原理相同，可根據實際需要進行卸載操作并得出主軸的 軸向卸載剛度曲線。
[0019] 本發明可適用于各類立式、邸式數控機床主軸單元的靜剛度測試，通用性好。本發 明具有的優點和積極效果是：
[0020] 采用伺服電機對主軸進行加載，加載速度快，連續并且平穩，保證了主軸軸向剛度 的測試效率；
[0021] 采用計算機人機交互界面設置加載卸載執行單元最大加載力、加載力加載和卸載 的步長、加載速度，采用計算機人機交互界面顯示數據的處理結果，在一定程度上實現了測 試系統的自動化。
[0022] 利用計算機強大的數據運算處理能力，將測試結果快速準確的顯示出來，可W實 時測的力和位移值，大大提高了測試效率和精度。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明的控制系統原理圖。
[0024] 圖2為本發明的結構示意圖。
[0025] 圖中：1、NI運動控制卡；2、伺服驅動器;3、伺服電機;4、鎖緊桿;5、鎖緊桿套環;6、 壓力傳感器;7、主軸單元;8、電滿流位移傳感器;9、NI數據采集卡;10、計算機。
【具體實施方式】
[0026] 為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉W下實施例，并配合附圖 詳細說明如下：
[0027] 請參閱圖1，本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是:一種 主軸軸向靜剛度測試方法及控制系統，其特征在于，包括數據采集處理系統、運動控制系 統、加載卸載執行單元和人機交互界面。所述數據采集系統包括壓力傳感器6、電滿流位移 傳感器8、NI數據采集卡9、計算機10;所述運動控制系統包括NI運動控制卡1、伺服驅動器2、 伺服電機3;所述加載卸載執行單元包括鎖緊桿套環5、鎖緊桿4,所述鎖緊桿3通過螺紋副與 所述鎖緊桿套環5連接。
[00%]所述計算機中設有基于LabVIEW編制的數據采集、處理程序、運動控制程序和人機 交互界面，W實現數據的采集、運算、分析、處理、顯示、存儲和對加載卸載執行單元的控制， 所述數據采集程序通過所述NI數據采集卡9按照所述人機交互界面設置的力加載卸載步長 采集所述電滿流位移傳感器9的位移信息和所述壓力傳感器6的力信息，所述數據處理程序 是計算機按照最小二乘法原理將所述電滿流位移傳感器9的位移信息和所述壓力傳感器6 的力信息進行擬合處理，所述運動控制程序按照人機交互界面設置的力加載卸載步長對NI 運動控制卡1發出指令，通過伺服驅動器巧區動伺服電機3對執行單元進行加載或者卸載，并 將壓力傳感器6中測得的壓力值反饋給運動控制程序，所述人機交互界面可顯示加載力-位 移靜剛度曲線和卸載力-位移靜剛度曲線，所述人機交互界面可設置加載卸載執行單元最 大加載力、加載力加載和卸載的步長、加載速度。所述伺服電機3通過旋轉鎖緊桿4而將