[發明專利]一種數控機床整機動剛度測試系統

無效

• 申請號: 201310102571.1
• 申請日: 2013-03-27
• 公開（公告）號: CN103217308A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 馮平法;張建富;李殿新;郁鼎文;吳志軍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01M99/00
• 分類號: G01M99/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 廖元秋

技術領域

本發明屬于機床振動剛度測試設備領域，特別涉及一套數控機床動態性能測試系統，尤其是涉及一套數控機床整機動剛度測試系統。

背景技術

隨著數控機床向高速、精密、復合化方向發展，對機床的動態性能提出了越來越高的要求。機床的動態性能對機床的加工精度具有很大影響，其中動剛度是衡量機床動態性能的重要指標。機床的動剛度是指機床在以一定頻率變化的正弦交變載荷作用下所表現出的剛度。機床動剛度在數值上等于機床產生單位振幅所需的動態激振力，機床動剛度越大，在動態載荷作用下振幅越小，機床抗振能力越好，加工精度越高。反之，動剛度越小，振幅越大，加工精度越差。

目前常用的機床動剛度測試方法有兩種，第一種是利用沖擊力錘對機床零件進行激勵，利用加速度傳感器測量零件的響應信號，從而求解零件的動剛度。第二種是在機床加工過程中，測量機床的動態切削力和動態位移，進而求解機床整機的動剛度。以上兩種方法均存在一定缺陷：例如第一種方法一般僅能對機床的單個零件進行激勵和位移數據采集，難以測量機床整機的動剛度。另外，錘擊法要求試驗人員具有豐富的經驗，操作者能針對不同的敲擊對象選擇不同質量、不同硬度的錘頭，且能把握敲擊力大小。第二種方法測試整機動剛度時，力傳感器和位移傳感器布置復雜，且測試結果中容易引入刀具和工件系統的性能參數，采用不同刀具加工不同工件時，測試結果容易變化，難以準確反映出機床本身的動態性能參數。另外，由于機床加工過程中切削力會出現波動，測試結果容易出現較大的誤差。

發明內容

本發明的目的是為克服目前機床動剛度測試技術存在的不足，提出一種數控機床整機動剛度測試系統。該測試系統能夠提供穩定的動態激振力，且能準確測量出機床主軸相對工作臺的動態位移，具有測試準確、操作簡單等特點。

本發明提出的一種數控機床整機動剛度測試系統，其特征在于，該系統包括：激勵子系統、力采集子系統、位移采集子系統、數據采集前端和數據處理器；其中，激勵子系統的輸出端、力采集子系統的輸入端、位移采集子系統的輸入端分別與機床待測部位相連；力采集子系統、位移采集子系統的輸出端均通過數據采集前端與數據處理器相連。

所述激勵子系統可包括信號發生器、功率放大器、激振器和激振桿；激振器底座固定放置在待測機床工作臺上，激振器的輸入端通過功率放大器與信號發生器的輸出端連接。激振器的輸出端連接激振桿的一端，激振桿的另一端與力采集子系統的力傳感器相連。

所述力采集子系統可包括力傳感器和電荷放大器；力傳感器安裝在激振桿的一端上，并固定在待測機床主軸上，力傳感器的輸出端通過電荷放大器與數據采集前端的一個輸入端相連。

所述位移采集子系統可包括激光位移傳感器、位移數據采集器和位移數據接口器；激光位移傳感器底座固定放置在待測機床工作臺上，激光位移傳感器輸入端面與機床的主軸的軸向平行或垂直，激光位移傳感器輸出端與位移數據采集器的輸入端連接，位移數據采集器的輸出端與位移數據接口器的輸入端連接，位移數據接口器的輸出端與數據采集前端的另一個輸入端連接；數據采集前端的兩個輸入端分別與力采集子系統的電荷放大器和位移采集子系統的位移數據接口器相連，輸出端與數據處理器的輸入端相連。

與現有技術相比，本發明具有以下顯著優勢：

(1)本發明可以對完成裝配的機床整機進行動剛度測試，避免了僅測試單個零件無法全面反映機床整機動剛度的弊端。

(2)本發明可以提供穩定的動態激振力，并能測量得到穩定的位移響應，避免了隨機干擾對測試結果的影響，測試精度高。

(3)本發明結構簡單，操作方便，適用于各種工況下機床的動剛度測試。

附圖說明

圖1是本發明數控機床整機動剛度測試系統示意圖。

圖2是本發明一個實施例的數控機床整機動剛度測試系統示意圖，用于測量機床徑向動剛度。

圖3是本發明另一個實施例的數控機床整機動剛度測試系統示意圖，用于測量機床軸向動剛度。

圖中，1、激勵子系統，1-1、信號發生器，1-2、功率放大器，1-3、激振器，1-4、激振桿，2、力采集子系統，2-1、力傳感器，2-2、電荷放大器，3、位移采集子系統，3-1、激光位移傳感器，3-2、位移數據采集器，3-3、位移數據接口器，4、數據采集前端，5、數據處理器，6、主軸，7、工作臺。

具體實施方式

本發明提出的數控機床整機動剛度測試系統結合附圖及實施例詳細說明如下：