[發明專利]一種內置式機床主軸軸向動剛度測試裝置及測試方法

有效

• 申請號: 201710068020.6
• 申請日: 2017-02-07
• 公開（公告）號: CN106768748B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 楊澤青;李增強;劉麗冰;張艷蕊;朱金達;朱志輝;李莉;張俊峰;彭凱;譚飏;陳英姝;楊偉東;韓靖;范敏;張炳寅
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G01M13/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 李濟群;付長杰

1.一種內置式機床主軸軸向動剛度測試裝置，其特征在于該裝置包括力傳感器套筒、軸向位移傳感器、前置器、電荷放大器、數據采集卡、數據處理端、力傳感器和磁力座；所述力傳感器套筒套裝在主軸上，且位于主軸上前部和中部的兩個軸承之間，力傳感器套筒為圓環狀，在圓環內側面上，沿圓周方向均勻分布有四個應變片，相鄰兩個應變片的受力類型相反，即一個應變片水平布置，相鄰的應變片豎直布置；四個應變片按照全橋電路方式進行連接，構成一個力傳感器，全橋電路的輸出端從力傳感器套筒側面引出，并通過信號線與放置在工作臺上的電荷放大器的輸入端連接，電荷放大器的輸出端與數據采集卡連接；所述軸向位移傳感器通過支架安裝于主軸前端面，支架由磁力座固定吸附在止推法蘭盤上，軸向位移傳感器的探頭朝向主軸的前端面；軸向位移傳感器的輸出端通過信號線與放置在工作臺上的前置器的輸入端相連，前置器的輸出端也與數據采集卡連接，數據采集卡的輸出端與數據處理端連接；所述數據處理端內加載有動剛度測試軟件；

數據處理端內加載的動剛度測試軟件的軟件流程是：

1)開始，檢查數控機床設備是否正常，若正常，開啟機床；若異常，進行診斷并處理，繼續檢查數控機床設備是否正常；

2)啟動數據處理端、力傳感器、軸向位移傳感器、前置器、電荷放大器和數據采集卡，并測試數據處理端、力傳感器、軸向位移傳感器、前置器、電荷放大器和數據采集卡是否處于正常工作狀態，若正常工作，則進入步驟3)，若不正常工作，則進行調整、修正，繼續判斷其是否處于正常工作狀態；

3)設定機床切削參數、輸入機床切削程序代碼，在數據處理端中分別設置力傳感器、軸向位移傳感器的采樣模式、采集通道、采樣頻率和緩沖區數量，再判斷是否觸發采集，若觸發采集則進入步驟4)，若不觸發，則返回設置力傳感器、軸向位移傳感器的采樣模式、采集通道、采樣頻率和緩沖區數量；

4)進行切削加工，并在動剛度測試軟件界面中顯示采集的位移信號、力信號，并繪制軸向位移-時間曲線和力-時間曲線；

5)判斷保存按鈕是否按下，若保存按鈕已經按下，將采集的數據保存為*.txt或*.xls文件格式，供后續離線處理；再判斷是否按下回放按鈕，若按下，則調用已存儲的數據文件，進入步驟6)，若沒按下，則繼續判斷是否按下回放按鈕；若保存按鈕沒有按下，則進入步驟6)；

6)將采集的軸向位移信號、力信號分別進行傅里葉變換，得到位移-頻率圖和力-頻率圖，并在動剛度測試軟件中顯示；

7)計算得到主軸軸向動剛度；

8)再判斷是否更改切削參數及采集參數繼續實驗，若更改切削參數及采集參數繼續實驗，則轉回到步驟3)；若不需要更改切削參數及采集參數，則關閉測試裝置及數控機床，結束測試。

2.根據權利要求1所述的內置式機床主軸軸向動剛度測試裝置，其特征在于所述數據處理端為臺式機、筆記本電腦、ipad或智能手機。

3.根據權利要求1所述的內置式機床主軸軸向動剛度測試裝置，其特征在于所述軸向位移傳感器采用85811系列探頭直徑為25的電渦流傳感器。

4.一種內置式機床主軸軸向動剛度測試方法，該測試方法使用權利要求1-3任一所述的測試裝置，具體步驟是：

1)按照上述連接方式連接裝置各部分，四個應變片安裝在力傳感器套筒內，軸向位移傳感器的探頭朝向主軸的前端面，調節軸向位移傳感器的探頭與主軸前端面的相對位置，使軸向位移傳感器的探頭對準主軸的前端面光潔測試帶，并確保軸向位移傳感器在有效量程范圍內；啟動測試裝置中所有部件，使其處于正常工作狀態；

2)運行數控機床，按待加工件的工藝流程加工工件；

3)在數控機床切削加工過程中，用戶根據需要設置采樣頻率、采樣點數、緩沖區數量、采集通道、最高電壓值和最低電壓值，設置好上述參數后，啟動采集按鈕；軸向位移傳感器采集軸向位移信號，并通過前置器傳輸至數據采集卡中，得到主軸軸向的動態位移信號x(t)；力傳感器采集壓力信號，并通過電荷放大器放大后傳輸至數據采集卡中，得到主軸軸向的動態應力信號f(t)，并將力信號、位移信號顯示于動剛度測試軟件中的波形顯示界面中；

4)數據處理端中動剛度測試軟件將采集得到的力信號f(t)和位移信號x(t)按照式(1)和式(2)進行傅里葉變換，得到頻域信號，并在界面顯示；

式中：X(ω)為動態位移信號x(t)的傅里葉變換，F(ω)為動態應力信號f(t)的傅里葉變換，根據計算得到數控機床主軸軸向的動剛度。