[發(fā)明專利]一種機床主軸剛度測試方法及其系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710093568.6
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106885663B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 許超;馮平法;周凱;吳志軍;馬榮梅
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)深圳研究生院
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G01M13/00
• 代理公司: 深圳新創(chuàng)友知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

1.一種機床主軸剛度測試系統(tǒng)的測試方法，包括以下步驟：

S1、不同轉(zhuǎn)速時，在僅加徑向力情況下，獲得多組徑向力和徑向位移值，分別進行離散傅里葉變換，得到頻率域下的剛度值，測量機床主軸的彎曲變形；

S2、不同轉(zhuǎn)速時，同時施加徑向力與軸向力情況下，測量機床主軸的彎曲變形,所施加的徑向力的頻率與幅值以及轉(zhuǎn)速測量點的選擇與步驟S1中相同，徑向力的頻率與軸向力的頻率保持一致；

S3、根據(jù)S1、S2的測量結(jié)果，分析在同一轉(zhuǎn)速下，軸向力值的變化以及速度變化對主軸彎曲剛度的影響。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試方法，其特征在于：步驟S1中，將機床主軸的轉(zhuǎn)速由0r/min逐漸的調(diào)至n₁r/min,空轉(zhuǎn)一定時間后給徑向線圈通電，改變徑向線圈中電流值的大小，通過信號采集與調(diào)理系統(tǒng)獲得多組徑向力和徑向位移值{F_w1k},{δ_w1k}，k＝1,2,3····m，對{F_w1k},{δ_w1k}序列分別進行離散傅里葉變換，可得：{F_w1k(w)},{δ_w1k(w)}，k＝1,2,3…m，力與位移的比值：F_w1k(w)/δ_w1k(w)即為頻域下的剛度值，即：K_w1k(w)＝F_w1k(w)/δ_w1k(w),k＝1,2,3...m，式中，下標w 表示主軸僅受徑向力，下標1表示主軸的轉(zhuǎn)速n₁，下標k表征主軸所受的不同徑向力；δ_{w 1k} 表示主軸在僅受徑向力、轉(zhuǎn)速n₁、不同徑向力下所產(chǎn)生的徑向變形。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試方法，其特征在于：各個速度測量點的間距分布均勻，測量范圍涵蓋常用切削速度段。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試方法，其特征在于：步驟S2中，將機床主軸的轉(zhuǎn)速由0r/min逐漸的調(diào)至n1 r/min,空轉(zhuǎn)一定時間后給徑向線圈和軸向線圈同時通電，因為刀具切削過程中徑向力與軸向力的變化是一致的，所以當給軸向線圈通以一定的電流值時獲得軸向力值為M1，改變徑向線圈的電流以獲得不同幅值和頻率的徑向力，徑向力的頻率與軸向力的頻率保持一致，設(shè)此時的彎軸向復(fù)合系數(shù)為測量可得：(M₁,F_f11k,δ_11k),k＝1,2,3…m，對{F_f11k}、{δ_11k},k＝1，2，3…m，分別進行離散傅里葉變換可得{F_f11k(w)}、{δ_11k(w)}，k＝1,2,3…m，計算頻域下的剛度可得：

K_f11k(w)＝F_f11k(w)/δ_11k(w),k＝1,2,3...m；

式中，下標f表示主軸的受力狀態(tài)為同時受到徑向力、軸向力；下標第1個表示轉(zhuǎn)速n1,下標第2個1表示軸向力值為M1,下標k表征主軸所受的不同徑向力；

改變軸向力值為M₂，同理可得：K_f12k(w)＝F_f12k(w)/δ_12k(w),k＝1,2,3...m；

式中，下標1表示轉(zhuǎn)速n1,2表示軸向力值為M2；測量5組數(shù)據(jù)可得：K_f1jk(w)＝F_f1jk(w)/δ_1jk(w),j＝1,2,3,4,5,k＝1,2,3...m；式中，下標j代表不同的軸向力；

同理，當轉(zhuǎn)速為n₂、施加同樣的軸向力情況下，可得：

K_f2jk(w)＝F_f2jk(w)/δ_2jk(w),j＝1,2,3,4,5,k＝1,2,3...m；式中，下標2表示轉(zhuǎn)速為n₂；

以λ表示轉(zhuǎn)速，則所述的K_f1jk(w)表述為K_fλ1jk(w)，K_f2jk(w)表述為K_fλ2jk(w)，

比較K_fλ1jk(w)和K_fλ2jk(w)值，式中，下標λ1、λ2分別表示轉(zhuǎn)速n1、n₂，可以得出在不同轉(zhuǎn)速時，同一軸向力情況下，即同樣的下標j值時剛度的變化。