[發(fā)明專利]非接觸式機床主軸運轉(zhuǎn)動剛度檢測系統(tǒng)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310215687.6
• 申請日: 2013-05-31
• 公開（公告）號: CN103278320A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張建富;馮平法;許超;郁鼎文;吳志軍
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 賈玉姣;黃德海

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機床動態(tài)性能檢測技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種非接觸式機床主軸運轉(zhuǎn)動剛度檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

剛度是評價機床性能的重要指標(biāo)，體現(xiàn)了機床在加工過程中抵抗變形的能力。機床剛度一般表示為作用在機床上的外載荷與機床變形之間的比值。當(dāng)外載荷為靜態(tài)力時，這種剛度稱為靜剛度，而評價機床抵抗動態(tài)載荷的能力則稱為動剛度。目前測量機床剛度的一般方法是通過一定的加載裝置給機床施加一定的外載荷，然后通過相應(yīng)的傳感器測量機床的變形情況，最后計算得到機床的剛度。而對于機床主軸動剛度的測量則是通過能施加動態(tài)載荷的裝置對機床主軸施加動載荷，然后測量主軸的動態(tài)響應(yīng)，然后將信號變換到頻率域內(nèi)進行計算分析，這種方法得到的動剛度一般為頻率的函數(shù)。但是這里測得的響應(yīng)都是在機床主軸靜止?fàn)顟B(tài)下進行測量的，所得到的靜剛度或動剛度都是反映機床靜止情況下的性能，與實際加工過程中的性能仍有較大差異。

機床實際運動過程中，主軸處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，此時若在主軸運轉(zhuǎn)狀態(tài)時直接在主軸上施加在載荷并直接測量主軸位移是比較困難的。主要困難在于如何在旋轉(zhuǎn)主軸上施加一個恒定的載荷以及如何獲取此狀態(tài)下主軸的變形情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的一個目的在于提出一種結(jié)構(gòu)簡單、使用方便且精確度高的非接觸式機床主軸運轉(zhuǎn)動剛度檢測系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明實施例的非接觸式機床主軸運轉(zhuǎn)動剛度檢測系統(tǒng)，所述主軸設(shè)在所述機床上，所述檢測系統(tǒng)包括：加載裝置，所述加載裝置設(shè)在所述機床上，所述加載裝置包括：加載臺；至少一個電磁鐵，所述電磁鐵安裝在所述加載臺上；和測試棒，所述測試棒的第一端與所述主軸相連，所述測試棒的第二端鄰近所述電磁鐵，所述電磁鐵通電產(chǎn)生電磁力并對所述測試棒進行加載以驅(qū)動所述測試棒偏轉(zhuǎn)；力傳感器，所述力傳感器設(shè)在所述機床上以檢測所述測試棒受到的加載作用力；以及位移檢測裝置，所述位移檢測裝置設(shè)在所述機床上以檢測所述測試棒的偏轉(zhuǎn)位移。

根據(jù)本發(fā)明實施例的非接觸式機床主軸運轉(zhuǎn)動剛度檢測系統(tǒng)，通過加載裝置可以在非接觸狀態(tài)下對機床的主軸施加徑向的載荷作用，通過力傳感器可以檢測施加在主軸上的作用力，并且通過位移檢測裝置能夠檢測主軸的變形情況，從而得出機床主軸運轉(zhuǎn)的動剛度。通過該系統(tǒng)檢測得到的機床動剛度比在靜止?fàn)顟B(tài)下測試機床的動剛度更有實際意義，更準(zhǔn)確地反映了機床的動態(tài)性能，得到的剛度參數(shù)可用于評價機床動態(tài)性能，有利于識別機床性能的薄弱環(huán)節(jié)，為機床性能改進提供實驗方法。

通過該系統(tǒng)，可以用非接觸的方法得到機床的主軸在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，并受到徑向載荷作用的變形情況

另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的非接觸式機床主軸運轉(zhuǎn)動剛度檢測系統(tǒng)，還可以具有如下附加的技術(shù)特征：

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述加載臺包括：底座，所述底座安裝在所述機床上；和至少一個安裝板，所述安裝板安裝在所述底座上，所述電磁鐵安裝在所述安裝板上。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述安裝板為四個，四個所述安裝板分別與所述底座垂直相連，且四個所述安裝板在所述底座所在平面上的正投影形成為矩形，其中，每個所述安裝板上分別安裝有一個電磁鐵，所述測試棒的第二端設(shè)在四個所述電磁鐵中間。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述力傳感器為應(yīng)變片，所述應(yīng)變片設(shè)在所述安裝板上。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述應(yīng)變片為兩個，兩個所述應(yīng)變片分別設(shè)在相鄰的兩個安裝板上。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，每個所述電磁鐵包括：鐵心，所述鐵心形成為柱狀；和線圈，所述線圈纏繞在所述鐵心的外周面上。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述位移檢測裝置包括：支架，所述支架設(shè)在所述機床上；和位移檢測器，所述位移檢測器設(shè)在所述支架上且所述位移檢測器鄰近所述測試棒的第一端。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述位移檢測器為激光位移傳感器。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，所述測試棒形成為圓柱狀。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，還包括：信號處理裝置，所述信號處理裝置分別與所述力傳感器和位移檢測裝置相連，所述信號處理裝置接收所述力傳感器和位移檢測裝置的信號并計算所述主軸運轉(zhuǎn)的動剛度。

本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。

附圖說明

本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：