[發(fā)明專利]一種主軸回轉(zhuǎn)狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810317073.1
• 申請(qǐng)日: 2018-04-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108507785B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-12-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曹宏瑞;魏江;陳雪峰;張興武
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M13/025
• 分類號(hào): G01M13/025
• 代理公司: 61200 西安通大專利代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 徐文權(quán)

本發(fā)明公開(kāi)了一種主軸回轉(zhuǎn)狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試裝置及方法，該裝置包括主軸、機(jī)架和固定套等；其中，主軸安裝在機(jī)架上，主軸固定套的一端安裝在機(jī)架上，另一端與連接支架的一端連接，端蓋安裝在連接支架的另一端；刀柄組件包括刀柄以及由內(nèi)至外依次套裝在刀柄上的軸承和軸承盒，刀柄組件套裝在連接支架和主軸固定套內(nèi)，刀柄的一端與主軸的轉(zhuǎn)子連接，另一端的刀尖伸出至端蓋外；作動(dòng)器組件包括壓電作動(dòng)器，連接支架的側(cè)面垂直于主軸軸向方向依次開(kāi)設(shè)有三個(gè)安裝孔，作動(dòng)器組件的壓電作動(dòng)器以及加速度傳感器和位移傳感器分別安裝在三個(gè)安裝孔。該方法采用壓電作動(dòng)器施加激勵(lì)、刀柄組件實(shí)現(xiàn)加載，可以準(zhǔn)確方便地測(cè)試主軸在回轉(zhuǎn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種主軸回轉(zhuǎn)狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試裝置及方法，采用壓電作動(dòng)器施加激勵(lì)、刀柄組件實(shí)現(xiàn)加載，可以準(zhǔn)確方便地測(cè)試主軸在回轉(zhuǎn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性。

背景技術(shù)

機(jī)床主軸是超精密機(jī)床的核心構(gòu)件之一，其動(dòng)態(tài)特性及穩(wěn)定性很大程度上決定了機(jī)床的加工性能和加工效率，并且對(duì)整個(gè)加工系統(tǒng)的壽命、可靠性和安全性有著重要影響，因此對(duì)電主軸的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行研究顯得十分重要。工程上測(cè)試主軸動(dòng)態(tài)特性的方法通常是在主軸靜止時(shí)采用激振器激振或力錘敲擊的辦法進(jìn)行，但主軸在實(shí)際工作情況中，由于受到切削力、轉(zhuǎn)速、工作溫升和熱膨脹、離心力和陀螺力矩的影響，動(dòng)態(tài)特性會(huì)產(chǎn)生變化。因此，測(cè)試主軸實(shí)際回轉(zhuǎn)過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性具有重要意義。常規(guī)的力錘激勵(lì)和激振器激勵(lì)方法只能用于主軸靜止?fàn)顟B(tài)下的測(cè)試，在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下很難實(shí)現(xiàn)加載。

目前國(guó)內(nèi)外有部分學(xué)者通過(guò)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案或設(shè)計(jì)新型實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)測(cè)試主軸回轉(zhuǎn)狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性。主要加載方式有力錘激勵(lì)、電磁激勵(lì)和氣膜力加載。Ozturk等[Investigation of spindle bearing preload on dynamics and stability limit inmilling]在主軸前端安裝一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)代替實(shí)際刀具，通過(guò)敲擊標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)測(cè)試主軸在不同預(yù)緊下的動(dòng)態(tài)特性。但采用標(biāo)準(zhǔn)件代替刀具進(jìn)行測(cè)試，會(huì)使最終結(jié)果產(chǎn)生一定的誤差，并且由于力錘激勵(lì)的能量和頻帶范圍有限，尤其是對(duì)于大型機(jī)床，往往無(wú)法激發(fā)機(jī)床的所有模態(tài)。英國(guó)伯明翰大學(xué)的Chowdhury等[Determination of the dynamic characteristicsof machine tool structures]最早采用電磁加載裝置對(duì)車床主軸在低轉(zhuǎn)速下進(jìn)行了測(cè)試，證明主軸動(dòng)態(tài)特性受轉(zhuǎn)速、激勵(lì)幅值和預(yù)載荷的影響。日本京都大學(xué)的Sawamura等[Development of Dynamic Loading Device for Rotating Spindle of Machine Tools]采用一種電磁加載裝置測(cè)試了銑床主軸在不同轉(zhuǎn)速下的靜剛度，由于電磁場(chǎng)容易在被測(cè)主軸表面誘發(fā)產(chǎn)生電渦流，因此對(duì)測(cè)試結(jié)果有一定影響。此外，北京科技大學(xué)的馮明等[高速主軸非接觸氣膜加載剛度測(cè)試臺(tái)的研制]設(shè)計(jì)了利用靜壓氣膜對(duì)電主軸加載的裝置，采用空氣軸承和空氣靜壓止推軸承實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的加載，但只能對(duì)主軸施加靜載荷或緩變載荷，且所施加的載荷力較小，因此應(yīng)用有限。

總體看來(lái)，目前關(guān)于主軸回轉(zhuǎn)狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的研究相對(duì)較少，各種測(cè)試方法都存在一定的問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸回轉(zhuǎn)狀態(tài)下動(dòng)態(tài)特性的準(zhǔn)確測(cè)試。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種主軸回轉(zhuǎn)狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試裝置及方法，采用壓電作動(dòng)器進(jìn)行激勵(lì)、帶滾動(dòng)軸承的刀柄組件實(shí)現(xiàn)加載，將壓電力傳感器安裝在壓電作動(dòng)器后端進(jìn)行激振力的測(cè)試，并利用連接支架將加載和測(cè)量裝置固定在主軸上，形成一體化的測(cè)試。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：

一種主軸回轉(zhuǎn)狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)特性測(cè)試裝置，包括主軸、機(jī)架、固定套、連接支架、端蓋、刀柄組件、作動(dòng)器組件、加速度傳感器和位移傳感器；其中，