[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

本發明涉及一種內置式機床主軸軸向動剛度測試裝置及測試方法，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。

技術領域

本發明屬于機械振動與測試領域，特別涉及一種內置式機床主軸軸向動剛度測試裝置及測試方法。該裝置及方法用于數控機床在實際切削狀態下的主軸軸向動態剛度的測試。

背景技術

機床的動態性能反映機床抵抗動態外載荷的能力，與負荷能力及抗振性密切相關，直接影響機床的加工精度與零件的加工質量，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，表征機床承受交變動載荷時抵抗動態位移變化的能力，在數值上等于機床產生單位振幅所需的動態激振力，是衡量抗振能力的主要指標，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，加工精度越低。

目前對主軸動剛度的研究主要以建模仿真、有限元分析為主，測試方法也多集中于空載運行測試和離線實驗測試法，空載運行測試工程上常用錘擊法、激振器激振、轉矩轉速儀法和利用傳動方式減速后加載測試，該類方法均為接觸式激振和加載，不穩定，而且常常需要復雜的輔助器械，成本高，機器磨損嚴重；離線實驗測試法一般采用液壓系統或電磁系統對主軸進行靜態加載，模擬主軸的受力狀況，不足之處在于加載裝置復雜、占用空間大、一般需要搭建專用試驗臺，將主軸拆卸下來進行離線實驗檢測，且僅適用于專用主軸，不具有通用性，這與被測主軸在實際切削狀態下的真實受力情況也有很大差距。

申請號為201310215687.6的中國專利公開了一種非接觸式機床主軸運轉動剛度檢測系統，該系統包括電磁加載裝置、測試棒、力傳感器及位移檢測裝置；其中，加載裝置設置在機床工作臺上，測試棒一端與主軸相連，另一端與加載裝置中的電磁鐵臨近，電磁加載裝置由電磁鐵通電產生電磁力并對測試棒進行加載以驅動測試棒偏轉，力傳感器和位移傳感器分別用來檢測測試棒受到的加載作用力和偏轉位移，從而得到機床主軸運轉的動剛度。該測試系統只能在主軸空轉運行時通過電磁加載裝置施力于測試棒，間接獲得主軸動剛度，不能用于實際切削狀態下主軸動剛度測試，且加載裝置復雜，占用空間大。

申請號201310102571.1公開了一種數控機床整機動剛度測試系統，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。該測試系統通過信號發生器可提供穩定的正弦激勵信號，經功率放大器后驅動激振器產生動態激振力，并由激光位移傳感器測量機床主軸相對工作臺的動態位移數據，計算得到機床整機動剛度，該測試系統雖能測試得到動態激振力下的機床主軸相對工作臺的動態位移，由于機床加工過程中切削力會出現波動，測試結果易出現較大的誤差。

因此，需要發明一種新型內置式主軸動剛度測試裝置，檢測在實際切削狀態下主軸的受力及形變情況，以滿足實際工況下的主軸動剛度測試要求，為主軸智能感知、智能檢測、智能調整控制參數提供依據。

發明內容