本發明屬于機械設備可靠性測試技術領域，具體涉及一種用于電主軸可靠性測試的加載裝置和加載方法。

背景技術：

電主軸是采用高速切削技術的數控機床的核心功能部件之一，其主要功能是實現機床的切削運動。它將機床主軸與電機軸合二為一，實現了主運動系統的“零傳動”。這種“零傳動”不僅使電主軸具有了結構緊湊、轉速高、易于平衡、傳動效率高和定位準確等優點，而且還簡化了機床的傳動與結構，提高了機床的動態靈敏度、加工精度和工作可靠性，滿足了高速切削時對機床“高速度、高精度、高可靠性及小振動”的要求。作為高速加工中心的最關鍵部件，其性能好壞在很大程度上決定了整臺高速機床的加工精度和生產效率，而電主軸的可靠性更是體現了整臺機床在生產過程中的可用性。

目前，國內的研究機構對電主軸的研究大多停留在空運轉或靜態力試驗，并不能還原電主軸正常切削時的真實工況，因此對于研究提高電主軸可靠性的幫助也是有限的。另一方面，在現有電主軸的加載裝置中，以電磁加載裝置為主，所需空間大，成本高，結構復雜，調試困難且高速狀態下加載難度大。

技術實現要素：

針對以上存在的技術問題，本發明提出了一種用于電主軸可靠性測試的加載裝置和加載方法，通過使用本發明所述的用于電主軸可靠性測試的加載裝置和加載方法，能夠有效地模擬數控機床工作狀態下的徑向力和軸向力對電主軸的影響，且加載裝置整體采用機械結構，結構簡單，使用方便，有利于提高對電主軸可靠性研究的可靠性。

本發明所述的用于電主軸可靠性測試的加載裝置，其中包括：

推桿支架，所述推桿支架能夠固定安裝于機床工作臺上，用于對所述加載裝置整體進行定位和調節；

緊固滑塊，所述緊固滑塊能夠通過鎖緊件固定設于所述推桿支架的表面，且所述緊固滑塊能夠通過所述鎖緊件的調節沿所述推桿支架表面連續運動；

推桿，用于對所述電主軸上的加載桿施加載荷；

加載器，用于調節所述推桿對所述電主軸上的加載桿所施加的載荷，所述加載器能夠套設于所述推桿的外表面，其一端能夠固定設于所述推桿支架上，另一端能夠固定設于所述推桿的外表面；

軸承座，所述軸承座能夠套設于所述加載桿的一端，其內部設有軸承；

所述推桿的一端能夠樞轉地連接于所述軸承座的外表面，所述推桿的另一端能夠與所述鎖緊件相連，所述推桿能夠沿所述鎖緊件進行軸向移動及繞所述鎖緊件進行轉動，通過調整所述緊固滑塊在所述推桿支架外表面的位置能夠調節所述推桿的擺角，通過調節所述加載器能夠控制所述推桿對所述加載桿的施加載荷。

進一步地，所述推桿支架的內部為空心結構，所述推桿支架與所述加載器相連接的一側設有1/4段圓弧形導軌，所述推桿支架與所述1/4段圓弧形導軌所在的側面相垂直的兩側面上分別設有1/4段圓弧形通槽，所述鎖緊件能夠穿過兩側面的所述1/4段圓弧形通槽，并將所述緊固滑塊固定設于所述推桿支架的表面。

進一步地，所述推桿與所述鎖緊件相連的一端設于所述推桿支架的內部，且在靠近所述推桿端部的位置設有長圓孔，所述長圓孔貫穿所述推桿表面，所述鎖緊件能夠穿過所述長圓孔并通過所述長圓孔對所述推桿進行定位。

進一步地，所述加載器包括加載螺母、彈簧和彈簧擋板，所述彈簧擋板固定貼合于所述推桿支架上，所述加載螺母固定設于所述推桿的外表面上，通過調節所述加載螺母能夠改變所述彈簧的伸縮量。

進一步地，所述加載裝置還包括底座，所述推桿支架能夠轉動地設于所述底座上，所述底座固定在所述工作臺表面。

進一步地，所述鎖緊件包括通過螺紋連接的蝶形螺母和螺釘，所述蝶形螺母設于所述推桿支架的一個側面上，所述螺釘能夠穿過所述推桿支架兩側面的1/4段圓弧形通槽并與所述緊固滑塊連接，將所述緊固滑塊固定設于所述推桿支架的表面。

進一步地，所述軸承座內的軸承為角接觸球軸承。

進一步地，所述推桿通過銷軸可轉動地設于所述軸承座的外表面。

本發明所述的加載方法，其中包括以下步驟：

固定推桿支架：調整所述推桿支架的位置，并將其固定于所述機床工作臺上；

安裝加載桿：通過所述電主軸上的刀柄和彈簧筒夾將所述加載桿固定于所述電主軸上；

確定推桿的擺角及加載器的施加載荷：通過電主軸載荷譜確定所述電主軸所需承受的徑向力和軸向力的大小，通過所述徑向力和軸向力的大小計算所述電主軸所受的合力大小以及合力與所述電主軸的中軸線間的夾角，根據計算結果確定所述推桿的擺角及加載器的施加載荷；

調整推桿的擺角及加載器的施加載荷：調節所述推桿至水平位置，且所述加載器處于自然狀態，所述加載器內部各零部件間無相互作用力，根據確定后的所述推桿的擺角及加載器的施加載荷，通過移動所述緊固滑塊使所述推桿調節至計算后的擺角位置，旋緊所述鎖緊件，將所述緊固滑塊固定于所述推桿支架表面，并調節所述加載器的施加載荷；

參數采集：控制所述電主軸以一定的轉速轉動，所述機床工作臺以所述電主軸的中軸線為軸線做圓周運動，通過采集系統采集所述電主軸的性能參數。

進一步地，在所述調整推桿的擺角及加載器的施加載荷的過程中，通過調整所述推桿外表面的所述加載螺母能夠調節所述彈簧的伸縮量，以用來調節所述加載器的施加載荷。

通過使用本發明所述的用于電主軸可靠性測試的加載裝置和加載方法能夠有效地模擬數控機床工作狀態下的徑向力和軸向力對電主軸的影響，且加載裝置整體采用機械結構，結構簡單，使用方便，有利于提高對電主軸可靠性研究的可靠性。

通過在所述推桿支架上設置1/4段圓弧通槽，所述鎖緊件能夠連續的在1/4段圓弧內進行移動，從而滿足所述推桿對所述電主軸0-90°夾角范圍內的持續載荷，同時，隨著工作臺繞主軸0-360°的旋轉，可以滿足所述電主軸實際工況下受到的來自各角度的載荷，有效的模擬所述電主軸的實際工況。

附圖說明

通過閱讀下文優選實施方式的詳細描述，各種其他的優點和益處對于本領域普通技術人員將變得清楚明了。附圖僅用于示出優選實施方式的目的，而并不認為是對本發明的限制。而且在整個附圖中，用相同的參考符號表示相同的部件。在附圖中：

圖1為本發明所述的加載裝置實施例的機構簡圖；

圖2為圖1中實施例加載時的力分解圖；

圖3為圖1中實施例的側面結構示意圖；

圖4為圖3中實施例的側面結構的剖視圖；

圖5為圖4中實施例的I部的放大圖；

圖6為本發明所述的加載方法的流程圖。

附圖中各標記表示如下：

11：推桿支架、12：緊固滑塊、13：加載器、14：推桿、15：軸承座、16：底座、17：加載桿、18：蝶形螺母；

131：加載螺母、132：彈簧、133：彈簧擋板；

21：電主軸、22：機床工作臺、23：T型螺栓。

具體實施方式

下面將參照附圖更詳細地描述本公開的示例性實施方式。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實施方式，然而應當理解，可以以各種形式實現本公開而不應被這里闡述的實施方式所限制。相反，提供這些實施方式是為了能夠更透徹地理解本公開，并且能夠將本公開的范圍完整的傳達給本領域的技術人員。

圖1為本發明所述的加載裝置實施例的機構簡圖。如圖1所示，所述用于電主軸可靠性測試的加載裝置包括推桿支架11、緊固滑塊12、推桿14、加載器13和軸承座15。其中，推桿支架11能夠固定安裝于機床工作臺22上，用于對加載裝置整體進行定位和調節。緊固滑塊12能夠通過鎖緊件固定設于推桿支架11的表面，且緊固滑塊12能夠通過鎖緊件的調節沿推桿支架11表面連續運動。推桿14用于對電主軸21上的加載桿17施加載荷。加載器13用于調節推桿14對電主軸21上的加載桿17所施加的載荷。加載器13能夠套設于推桿14的外表面，其一端能夠固定設于推桿支架11上，另一端能夠固定設于推桿14的外表面。軸承座15用于套設于加載桿17的一端，其內部設有軸承。推桿14的一端能夠樞轉地連接于軸承座15的外表面，推桿14的另一端能夠與鎖緊件相連，推桿14能夠沿鎖緊件進行軸向移動及繞鎖緊件進行轉動，通過調整緊固滑塊12在推桿支架11外表面的位置能夠調節推桿14的擺角，通過調節加載器13能夠控制推桿14對加載桿17的加載載荷。

當需要改變推桿14對加載桿17的加載載荷時，通過調整加載器13，改變推桿14和推桿支架11間的作用力，從而改變推桿14對加載桿17的加載載荷。當調整加載器13時，需提前旋緊鎖緊件，防止推桿14的移動，由于作用力的作用，推桿14會沿軸向方向發生微小的形變。

進一步地，推桿支架11的內部為空心結構，與加載器13相連接的一側設有1/4段圓弧形導軌，與1/4段圓弧形導軌所在的側面相垂直的兩側面上分別設有1/4段圓弧形通槽，鎖緊件能夠穿過兩側面的1/4段圓弧形通槽，并將緊固滑塊12固定設于推桿支架11的表面。

進一步地，推桿14與鎖緊件相連的一端設于推桿支架11的內部，且在靠近推桿14端部的位置設有長圓孔，長圓孔貫穿推桿14的表面，鎖緊件能夠穿過長圓孔并通過長圓孔對推桿14進行定位。

加載桿17通過刀柄和彈簧筒夾固定在電主軸21上，通過對加載桿17施加載荷從而傳導至電主軸21上，完成對電主軸21正常工作狀態下的載荷模擬。

通過在數控機床工作臺22上安裝推桿支架11，以加載器13施加的力為加載載荷，利用推桿支架11上的1/4段圓弧形導軌，推桿支架11結合機床工作臺上22的360°旋轉，在半球范圍內任意方向上對電主軸21施加大小可連續變化的載荷，可實現對電主軸21的徑向力和軸向力的同時加載，從而在改變電主軸21轉速的基礎上，模擬電主軸21某種實際工況下的受載情況。另外，利用數控機床工作臺22的平動的可以對實際工況下的進給速度進行模擬。

在數控系統中，一般通過編寫G代碼，設定轉速以實現電主軸21轉速的改變以及實現機床工作臺22的圓弧插補運動。在本試驗方法中，不同的轉速下電主軸21所承受的載荷是不同的，所以，每次改變轉速，都需要重新計算電主軸21受到的合力以及合力與電主軸21中軸線之間的夾角，需頻繁調節推桿14的擺角以及加載器13的位置，這樣才能實現模擬電主軸21實際工況下的受載情況。

進一步地，為實現推桿14擺角的運動，推桿14通過銷軸可轉動的連接于軸承座15的外表面。

通過使用本發明所述的用于電主軸可靠性測試的加載裝置和加載方法，能夠有效地模擬數控機床工作狀態下的徑向力和軸向力對電主軸的影響，且加載裝置整體采用機械結構，結構簡單，使用方便，有利于提高對電主軸可靠性研究的可靠性。

進一步地，軸承座15內設置的軸承為角接觸球軸承。推桿14通過角接觸球軸承座與電主軸21軸端的加載桿17連接，將徑向力和軸向力傳遞到電主軸21上。

圖2為圖1中實施例加載時的力分解圖。其中α為加載載荷和電主軸軸線的夾角，Fa為軸向力，Fr為徑向力，F為加載器提供載荷大小。Fa＝Fcosα，Fr＝Fsinα。徑向力和軸向力通過電主軸載荷譜得到，通過徑向力、軸向力與合力的關系，方便計算得到推桿14與電主軸21中軸線的夾角和合力大小。

圖3為圖1中實施例的側面結構示意圖。圖4為圖3中實施例的側面結構的剖視圖。如圖所示，加載器包括加載螺母131、彈簧132和彈簧擋板133，彈簧擋板133固定貼合于推桿支架11上，加載螺母131固定設于推桿14的外表面上，通過調節加載螺母131能夠改變彈簧132的伸縮量。

彈簧擋板133設于推桿14的外表面上，并抵靠在推桿支架11的側面。加載螺母131同樣設于推桿14的外表面上，并與推桿14外表面之間以螺紋形式連接。彈簧132設于彈簧擋板133和加載螺母131之間，通過轉動加載螺母131，可以改變彈簧132的伸縮長度，進而改變彈簧132的推力。由于彈簧132的一端通過彈簧擋板133與推桿支架11連接，另一端通過加載螺母131與推桿14的另一端連接，在旋緊鎖緊件的情況下，推桿14能夠在彈簧132的作用力改變的情況下，沿軸向方向發生微小的形變，從而改變推桿14對電主軸21的作用力。

進一步地，加載裝置還包括底座16，推桿支架11能夠轉動的設于底座16上，底座16固定在機床工作臺22表面。

機床工作臺22上設有多個T型槽。底座16通過T型螺栓23與機床工作臺22連接固定，并可以隨機床工作臺22在X、Y方向上作進給運動。推桿支架11和底座16之間通過轉動副連接，推桿支架11能夠轉動的設于底座16上。當對推桿支架11進行安裝時，由于不能一次性的將電主軸21與軸承座15的中軸線對齊，可通過工作臺的移動和旋轉推桿支架11在底座16上的方向進行對齊，方便組裝和定位。

進一步地，本實施例中的鎖緊件包括通過螺紋連接的蝶形螺母18和螺釘，蝶形螺母18設于推桿支架11的一個側面上，螺釘的一端與蝶形螺母18連接，另一端能夠穿過推桿支架11兩側面的1/4段圓弧形通槽并與緊固滑塊12相連，并通過旋緊蝶形螺母18將緊固滑塊12固定設于推桿支架11的表面。

通過旋緊蝶形螺母18，可以將緊固滑塊12固定于推桿支架11上。由于螺釘穿過推桿14的長圓孔，因此，固定緊固滑塊12的同時，對推桿14也能夠進行定位。定位后的推桿14只能夠沿軸線方向發生微小的形變和繞螺釘軸線的旋轉運動。

圖6為本發明所述的加載方法的流程圖。如圖所示，所述加載方法包括以下步驟：

固定推桿支架11：調整推桿支架11的位置，并將其固定于機床工作臺22上。

安裝加載桿14：通過所述電主軸21上的刀柄和彈簧筒夾將所述加載桿17固定于所述電主軸21上。

圖5為圖4中實施例的I部的放大圖。如圖5所示，加載桿17的下方設有一圈凸緣，為防止在轉動過程中造成軸承座15滑落，便于安裝，防止事故發生。同時，凸緣還有很好的散熱效果。由于此結構設計，需要在調整好推桿支架11的位置后，預先將加載桿17從下方穿入軸承座15內。并通過刀柄和彈簧筒夾固定在電主軸21上。

確定推桿14的擺角及加載器13的施加載荷：通過電主軸21載荷譜確定電主軸21所需承受的徑向力和軸向力的大小，通過徑向力和軸向力的大小計算電主軸21所受的合力大小以及合力與電主軸21的中軸線間的夾角，根據計算結果確定推桿14的擺角及加載器13的施加載荷。

調整推桿14的擺角及加載器13的施加載荷：調節推桿14至水平位置，且加載器13處于自然狀態，加載器13內部各零部件間無相互作用力，根據確定后的推桿14的擺角及加載器13的施加載荷，通過移動緊固滑塊12使推桿14調節至計算后的擺角位置，旋緊鎖緊件，將緊固滑塊12固定于推桿支架11的表面，并調節加載器13的施加載荷。

參數采集：控制電主軸21以一定的轉速轉動，機床工作臺22以電主軸21的中軸線為軸線做圓周運動，通過采集系統采集電主軸21的性能參數。

進一步地，在調整推桿14的擺角及加載器13的施加載荷的過程中，通過調整推桿14外表面的加載螺母131能夠調節彈簧132的伸縮量，以用來調節加載器13的施加載荷。

首先通過搜集或者查詢電主軸載荷譜來獲得其所受徑向力和軸向力的大小，計算此時電主軸21所受的合力以及合力與電主軸21中軸線的夾角。根據計算結果調整推桿14的位置以及加載器13的施加載荷的大小。載荷調整完畢后通過在數控系統中編寫G代碼，控制電主軸21以一定的轉速旋轉，工作臺以一定的速度以電主軸21的中軸線為軸線做圓周運動。最后通過采集系統采集電主軸21的性能參數。電主軸21負載運行一段時間后，其性能參數反映了當前電主軸21的運行情況，在一定程度上能夠反映電主軸21的可靠性

利用本發明可以進行電主軸的壽命試驗、加速壽命試驗、性能退化試驗等。通過這些試驗項目，可以在最大限度模擬電主軸實際車間工況的受載情況的基礎上，反映出電主軸的可靠性以及使用壽命。

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以所述權利要求的保護范圍為準。