[發明專利]一種數控機床切削狀態下的機床主軸動態測試裝置

有效

• 申請號: 201310160783.5
• 申請日: 2013-05-04
• 公開（公告）號: CN103231279A
• 公開（公告）日: 2013-08-07
• 發明（設計）人: 蔡力鋼;李根;郭鐵能;趙永勝;楊勇
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 魏聿珠

技術領域

本發明屬于機械振動與測試領域，特別涉及一種數控機床切削狀態下的機床主軸動態測試裝置。

背景技術

隨著科學技術的高速發展，高性能數控機床不斷向著高速度、高精度和高效率方向發展，對高速主軸的性能要求也日益提高，特別是在高速加工領域，高速主軸加工過程中的動態特性已經成為高速加工的核心技術。

在實際加工過程中，機床主軸單元的動態特性會直接影響加工的精度和效率。通過對機床主軸動態特性的研究可以找出機床結構的薄弱環節，為機床提供設計和改進的依據。而理論計算方面已經發展了一系列有限元動態分析程序，為機床動態設計創造了條件。但是對動力響應和穩定性分析相當重要的阻尼特性、機床各零部件間的結合面特性等目前尚無有效的有限元方法，無法用計算的方法求得其剛度和阻尼。因而基于動態測試數據建立系統數學模型的模態參數識別技術就顯得日益重要。

目前國內對于機床主軸的動態特性測試大多是在機床主軸靜止狀態下進行的，即假定機床主軸靜止時的動力參數與機床主軸實際切削時的動力參數相同，這顯然越來越不適用于高速主軸的發展需要。此外，通過數值分析得到的機床主軸高速運轉情況下動力學特性，由于缺乏實驗驗證，所得到的分析結果缺乏說服力。數值分析的正確與否有賴于模型和邊界條件的準確，但對于滑動軸承、靜壓軸承等結構以及機床各零部件間的結合面等特性往往難以準確建模，因此會導致最終分析結果存在極大誤差。為此對于機床主軸，尤其是考慮到軸承結構以及相應的各零部件間結合面的影響，應在機床實際切削過程中進行機床主軸動態測試、分析。

發明內容

本發明目的在于提供一種結構簡單、便于實現、安裝拆卸方便，能夠實現數控機床在實際切削過程中進行機床主軸動態測試的實驗裝置。利用該實驗裝置可獲得機床主軸在實際切削過程中的振動情況以及動態特性。

為了實現上述目的，本發明采取如下技術方案：

一種數控機床切削狀態下的機床主軸動態測試裝置，其包括數控機床、銑刀1，銑刀套筒2、傳感器支架3、鋁制試件6、切削力測定儀7、測定儀夾具8、電渦流位移傳感器Ⅰ4、電渦流位移傳感器Ⅱ5、信號采集系統以及計算機；銑刀1固定在數控機床的主軸轉子上用于加工鋁制試件6、銑刀套筒2套在銑刀1上；傳感器支架3下端設置有下擋板；傳感器支架3上端固定在數控機床主軸定子部分的最前端；電渦流位移傳感器Ⅰ4和電渦流位移傳感器Ⅱ5水平角度成90度夾角分別固定在傳感器支架3上，用于測量加工過程中銑刀1的振動信號；鋁制試件6通過表面上安裝孔固定在切削力測定儀7上；切削力測定儀7通過測定儀夾具8固定在數控機床工作臺上，用于測量加工過程中的切削力信號；切削力測定儀7、電渦流位移傳感器Ⅰ4、電渦流位移傳感器Ⅱ5分別與信號采集系統的信號輸入端相連，信號采集系統的數據輸出送至計算機。

所述銑刀套筒2通過與銑刀1的過盈配合安裝在銑刀1的刀柄位置處。

所述銑刀套筒2外表面中間為10mm寬、表面粗糙度為Ra1.6的光潔測試帶，且銑刀套筒2光潔測試帶處的直徑等于5倍的電渦流傳感器測試端的直徑，電渦流位移傳感器Ⅰ4和電渦流位移傳感器Ⅱ5的軸線分別垂直且穿過銑刀套筒2的中心軸線，且電渦流位移傳感器Ⅰ4和電渦流位移傳感器Ⅱ5的測量端分別對準銑刀套筒2光潔測試帶的中心。

所述銑刀套筒2安裝到銑刀1后，在數控機床主軸旋轉狀態下銑刀套筒2外表面中間的光潔測試帶的徑向全跳動不大于0.01mm。

所述傳感器支架3的上端內側均布有四個凹槽，凹槽內設置有四個弧形固定墊片，每個墊片上連接著一個調節螺栓，通過旋緊調節螺栓使傳感器支架3固定在數控機床主軸定子部分的最前端。

所述傳感器支架3的下端擋板中心位于銑刀1的中間位置處，傳感器支架3的下端擋板將銑刀1的切削部分和電渦流位移傳感器Ⅰ4、電渦流位移傳感器Ⅱ5的測量端相隔開。

所述傳感器支架3下擋板厚度為0.5倍銑刀1直徑，傳感器支架3下擋板中心有通孔，其直徑為1.2倍銑刀1直徑，銑刀1通過傳感器支架3下擋板中心通孔穿過傳感器支架3下擋板。

所述電渦流位移傳感器Ⅰ4和電渦流位移傳感器Ⅱ5分別通過固定螺母固定在傳感器支架3上。

所述測定儀夾具8中間有兩個螺栓通孔，用于固定切削力測定儀7，測定儀夾具8的四個角上設有T型槽，用于將測定儀夾具8固定在工作臺上。

本發明可取的如下有益效果：