[發明專利]一種機床主軸剛度測試方法及其系統

有效

• 申請號: 201710093568.6
• 申請日: 2017-02-21
• 公開（公告）號: CN106885663B
• 公開（公告）日: 2019-11-08
• 發明（設計）人: 許超;馮平法;周凱;吳志軍;馬榮梅
• 申請（專利權）人: 清華大學深圳研究生院
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G01M13/00
• 代理公司: 深圳新創友知識產權代理有限公司 44223
• 代理人: 江耀純

本發明公開了一種機床主軸剛度測試方法及其系統，所述方法包括：S1、在主軸不同轉速下，僅施加徑向力時測量機床主軸的彎曲變形；S2、在主軸不同轉速下，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，根據測量結果分析軸向力值的變化以及速度變化對主軸彎曲剛度的影響；通過測得主軸轉速、施加軸向力值對主軸彎曲變形的影響，有利于機床動態性能的改善；所述系統包括徑?軸向復合非接觸式加載器、測試棒；所述徑?軸向復合非接觸式加載器與所述測試棒以非接觸方式設置，在軸向與徑向方向分別形成兩個閉合磁路；本發明為改善機床主軸的動態性能提供了實驗手段和方法。

技術領域

本發明涉及機床動態性能檢測領域，特別是涉及一種徑-軸向復合非接觸式加載器及機床主軸剛度測試系統。

背景技術

高速化、加工高精度化是機械制造業的發展方向，而工件加工精度的提高依賴于對切削加工精度影響因素的研究。目前，制約機床切削加工精度的主要原因是振動，包括主軸的質量不平衡引起的受迫振動、切削過程中較易產生的再生型顫振、以及機外振源等。對于機床主軸受迫振動的預測是提高切削精度的重要途徑，而預測的精度往往受限于未能考慮主軸剛度、阻尼等因素在運動狀態下的變化。機床主軸在轉動時由于離心力的影響，主軸與刀柄結合面的壓力會減弱，結合面的接觸剛度減弱，從而會削弱主軸部件的彎曲剛度，此外，由于軸承是主軸部件剛度的薄弱環節，主軸轉動時兩端軸承在內外離心力以及陀螺力矩的作用下，軸承剛度也會變化，從而也會影響主軸部件的彎曲剛度。主軸在轉動過程中溫升對主軸彎曲剛度的影響也不容忽視。

如上所述，機床主軸部件在運轉的情況下彎曲剛度值是變化的，而影響彎曲剛度主要因素有：轉速、溫度等。由于在機床切削加工過程中主軸受徑向、軸向、切向三向切削力，研究發現，主軸所受的軸向動態切削力會增強刀柄與主軸結合面的接觸剛度和阻尼，對機床主軸運轉情況下的彎曲剛度產生較大的影響，如何測量及評價轉動的機床主軸受到徑-軸向復合切削力時，機床主軸彎曲剛度的變化的的問題。

發明內容

本發明目的就是解決如何測量及評價轉動的機床主軸受到徑-軸向復合切削力時，機床主軸彎曲剛度的變化這一難題。

本發明的技術問題通過以下的技術方案予以解決：

一種機床主軸剛度測試系統的測試方法，包括以下步驟：

S1、不同轉速時，在僅施加徑向力情況下測量機床主軸的彎曲變形；

S2、不同轉速時，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；

S3、根據S1、S2的測量結果分析軸向力值的變化以及速度變化對主軸彎曲剛度的影響。

本發明的技術問題還通過以下的技術方案予以解決：

一種機床主軸剛度測試系統，包括加載器、測試棒、位移傳感器組件、三向測力儀、信號采集與調理系統；所述測試棒的工作部分設置在所述徑-軸向復合非接觸式加載器的內腔，所述位移傳感器組件用于調節位移傳感器與所述測試棒之間的間距；所述三向測力儀用于測量所述測試棒的受力情況；所述信號采集與調理系統分別與所述位移傳感器、三向測力儀相連，所述信號采集與調理系統用于接收位移傳感器和三向測力儀的信號，并將采集到的數據傳輸到計算機中進行處理。