[發明專利]一種搖籃式五軸數控機床擺臺靜剛度檢測裝置及其方法

有效

• 申請號: 202010973843.5
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN112264837B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 高衛國;宮懷叡;張大衛;王翼;李德君;李偉;李金和;翁凌韜;鄭英杰;史凱
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 韓帥

本發明公開了一種搖籃式五軸數控機床靜剛度檢測裝置及其方法，所述檢測裝置分為傳感器測量模塊和加載模塊，傳感器測量模塊包括電渦流位移傳感器和磁力表座，加載模塊包括刀桿、連接盤、壓力傳感器、塑料殼、頂頭、受力塊、受力板、受力長板、定位桿和測量塊；本發明可實現對五軸數控機床擺臺靜剛度的檢測，為機床剛度評估和進一步的誤差補償提供原始數據，促進擺臺加工精度的提高；通過加載模塊對擺臺進行軸向和切向加載，并利用傳感器測量模塊進行變形測量，從而得到擺臺的靜剛度。

技術領域

本發明主要應用于機床靜剛度測量領域，特別是一種搖籃式五軸數控機床擺臺靜剛度檢測裝置及其方法。

背景技術

機床作為機械制造領域的工作母機，在眾多場合的意義重大，五軸數控機床作為機床中的尖端產品能夠通過多軸聯動實現復雜曲面零件的加工。由于材料和結構的特性，機床擺臺會因受靜力而產生形變，力與形變的比值即為剛度，工作臺不同位置的剛度不同，它們是定值。

目前使用的較為廣泛的機床剛度檢測方法有主軸加載法和靜剛度儀法。靜剛度儀主要用于車床的靜剛度檢測，對擺臺的靜剛度測量不適用且不便攜。主軸加載法可測量單點的主軸和擺臺的軸向相對靜剛度，不能測量擺臺的絕對靜剛度，并且主軸加載法測量精度不高，測量點少。因此需要開發一種新的搖籃式五軸數控機床擺臺靜剛度檢測裝置及其方法。

發明內容

為克服現有的技術不足，解決現有技術中測量點單一，測量精度不高的問題，本發明旨在提出一種搖籃式五軸數控機床擺臺靜剛度檢測裝置及其方法，采用該裝置能夠檢測擺擺臺型五軸數控機床的擺臺靜剛度，為機床剛度評估和進一步的誤差補償提供原始數據。

為此，本發明采取的技術方案是，一種搖籃式五軸數控機床擺臺靜剛度檢測裝置及其方法，分為傳感器測量模塊和加載模塊，傳感器測量模塊包括電渦流位移傳感器和磁力表座，磁力表座與電渦流位移傳感器固定吸附在固定支架上；加載模塊包括刀桿、連接盤、壓力傳感器、塑料殼、頂頭、受力塊、受力板、受力長板、定位桿和測量塊。所屬壓力傳感器套入連接盤凸臺，并與頂頭前端圓面接觸；所述連接盤與刀桿、塑料殼通過螺紋連接固定；所述受力塊被頂頭末端壓在工作臺臺面上受力；所述測量塊與受力板均通過螺栓連接與工作臺T型槽固定，所述受力長板通過定位桿與擺臺加工孔配合定位。

一種搖籃式五軸數控機床擺臺靜剛度檢測方法，利用前述裝置實現，測量步驟如下：刀桿與連接盤、壓力傳感器、塑料殼、頂頭組裝連接，受力塊與受力長板連接，受力長板與工作臺連接，利用機床主軸裝夾刀桿并向工作臺方向進給使頂頭壓住受力塊從而使擺動軸受力，利用電渦流位移傳感器測量工作臺臺面位移，拆下受力長板，將受力塊放置于工作臺，再次進行加力測量位移，再利用擺臺擺動軸將工作臺旋轉90°，使受力塊與受力板連接，并進給主軸使頂頭壓住受力塊，使工作臺承受切向力，并利用電渦流位移傳感器測量測量塊位移，計算出擺臺轉角和位移，最后通過剛度計算模型計算出擺臺擺動軸和旋轉軸軸向靜剛度、擺臺的切向靜剛度。

如前面所述的搖籃式五軸數控機床擺臺靜剛度檢測方法，其特征是，具體步驟細化如下：

裝置安裝：壓力傳感器套入連接盤凸臺，并與頂頭前端圓面接觸，將刀桿與連接盤、塑料殼、頂頭通過螺紋組裝連接，將刀桿裝夾至主軸，并將主軸鎖死，并將主軸移動至工作臺臺面左邊緣上方，受力塊與受力長板通過螺紋連接，受力長板和工作臺加工孔通過定位桿定位，同時將電渦流位移傳感器沿經過工作臺臺面圓心的兩條正交直線布置，以測量臺面位移；

利用主軸進給，使頂頭壓入工作臺臺面的受力塊，之后主軸緩慢進給并觀察壓力傳感器讀數，直至其達到50N，停留15s并利用傳感器采集系統記錄各位移傳感器讀數，之后緩慢進給主軸，且每增加50N停留15s并記錄數據，直至增至800N，之后再以每次遞減50N的方式后退主軸，并記錄數據，直至壓力傳感器示數變為0N，記錄各點位移變化s_AZ，并利用一次擬合得到斜率1/K_AZ，根據剛度定義該位置擺動軸剛度即為K_AZ；