[發明專利]一種用于機床的非線性剛度測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201810355307.1
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN108627309B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發明（設計）人: 張瑞乾;彭寶營;楊慶東
• 申請（專利權）人: 北京信息科技大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00;G01M13/00
• 代理公司: 北京和信華成知識產權代理事務所(普通合伙) 11390
• 代理人: 胡劍輝

本發明公開了一種用于機床的非線性剛度測量方法及裝置，方法為：首先在機床工作臺上對模擬刀柄施加負載，并且測量機床主軸端部的位移，獲得機床主軸的變形與力負載的曲線；通過分析機床主軸端部的變形與力負載曲線的斜率，評價機床的綜合剛度；通過測量系統連續加力來測出機床主軸的連續變形曲線，獲得機床整體剛度參數，測量裝置包括機床工作臺和主軸，主軸上安裝有模擬刀柄，模擬刀柄的柄身上通過軸承套裝有滾子，滾子的相對側設置有加載裝置，模擬刀柄相對于加載裝置的一側設置有位移傳感裝置，還包括一個數控系統，通過閉環系統和位移傳感器的精準測量，實現了更理想化的非線性剛度測量，也更直觀的展現機床的剛度。

技術領域

本發明涉及機床技術領域，具體為一種用于機床的非線性剛度測量方法及裝置。

背景技術

當今世界，工業發達國家對機床工業高度重視，竟相發展機電一體化、高精、高效、高自動化先進機床，以加速工業和國民經濟的發展。如今國內數控機床發展迅速，年產量逐年攀升，但所產機床精度等方面達不到要求。長期以來，歐、美、亞在國際市場上相互展開激烈競爭，已形成一條無形戰線，特別是隨微電子、計算機技術的進步，數控機床在20世紀80年代以后加速發展，各方用戶提出更多需求，早已成為四大國際機床展上各國機床制造商競相展示先進技術、爭奪用戶、擴大市場的焦點。

雖然大力發展裝備制造業已成為全社會的共識，但國內絕大多數重要機械制造裝備的數字化控制系統卻不是中國造。尤其是關系國家戰略地位和體現國家綜合國力水平的高檔數控機床，它的“大腦”和“心臟”卻要大部分從國外引進。專家呼吁，以數控機床為代表的“中國制造”不能沒有創造，開發自主知識產權的數控系統迫在眉睫。

機床的剛度指機床在外力作用下抵抗變形的能力，機床的剛度越大，動態精度越高，機床的剛度包括機床構件本身的剛度和構件之間的接觸剛度，機床構件本身的剛度主要取決于構件本身的材料性質、截面形狀、大小等，構件之間的接觸剛度不僅與接觸材料、接觸面的幾何尺寸和硬度有關，而且還與接觸面的表面粗糙度、幾何精度、加工方法、接觸面介質、預壓力等因素有關，機床的剛度分為靜剛度與動剛度，機床的剛度與機床的材料、機床的結構、機床各部件的結合面、機床的動力傳動等因素緊密相關，機床的剛度直接決定機床的精度和加工出零件的質量高低，不同的機床剛度是不同的，目前研究機床剛度的方法，一般從局部方面研究，比如研究機床結合面對機床剛度的影響等，不能從根本上評價機床的的綜合剛度。

發明內容

為了克服現有技術方案的不足,本發明提供一種用于機床的非線性剛度測量方法及裝置，通過閉環系統和位移傳感器的精準測量，實現了更理想化的非線性剛度測量，也更直觀的展現機床的剛度，能有效的解決背景技術提出的問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

一種用于機床的非線性剛度測量方法，包括如下步驟

步驟100、在機床工作臺上對模擬刀柄施加負載，并且測量機床主軸端部的位移，獲得機床主軸的變形與力負載的曲線；

步驟200、通過分析所述機床主軸端部的變形與力負載曲線的斜率，評價機床的綜合剛度；

步驟300、通過測量系統連續加力來測出機床主軸的連續變形曲線，獲得機床整體剛度參數。

作為本發明一種優選的技術方案，所述測量系統可以在機床不運轉和運轉兩個狀態下進行測量，自動加力自動測量主軸的的變形曲線。

作為本發明一種優選的技術方案，所述測量系統是由加力負載設備、力傳感設備和位移傳感設備組成的一個閉環裝置。

作為本發明一種優選的技術方案，所述的測量系統可以從機床主軸XYZ三個坐標方向上，連續加載用于切削模擬刀柄的模擬刀具所需要的切削力。

作為本發明一種優選的技術方案，采用測量頭測量主軸端部的位移，獲得變化主軸端部的力與變形位移的曲線，通過分析軟件，評價力與位移曲線的變化趨勢，獲得機床的綜合剛度參數。