[發(fā)明專利]一種用于便攜式加工系統(tǒng)的剛度測試裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111001369.0
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113790862B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發(fā)明（設計）人: 王福吉;劉帥;付饒;李泳坤;趙猛;梁昊毓;張博宇
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G01M5/00
• 分類號: G01M5/00
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪

本發(fā)明屬于機床性能測試技術領域，提出了一種用于便攜式加工系統(tǒng)的剛度測試裝置及方法。該裝置主要由控制模塊、氣路調節(jié)模塊、剛度測試夾具、測量模塊四部分組成。測試平臺基座有定位功能，前表面設計刻度盤配合轉塔實現(xiàn)加工設備主軸徑向平面內定角度方向剛度測量。氣缸前端壓力傳感器和位移傳感器通過特殊定位結構和可調位置安裝座與測試塊表面刻度線對中，確測量施載點的形變量。控制模塊由PC和PLC構成，集成了壓力傳感器和位移傳感器測量模塊，可自動完成穩(wěn)定施載、數(shù)據(jù)采集并輸出剛度曲線。該裝置適應已有夾具和工裝，最大程度的模擬實際加工工況，可實現(xiàn)包括加工設備、夾具等連接零部件剛度系統(tǒng)剛度的準確測量。

技術領域

本發(fā)明涉及機床性能測試技術領域，尤其涉及一種用于便攜式加工系統(tǒng)的剛度測試裝置及方法。

背景技術

加工設備的靜態(tài)剛度是設備抵抗外載荷引起變形、保持加工精度的重要特性之一，高精度加工設備一般都對剛度特性有較高的要求。目前，傳統(tǒng)的加工設備如數(shù)控車床、加工中心，往往采用較為厚重的結構以獲得較大的靜態(tài)剛度，滿足要求。但這些設備一般體型較大且安裝工位固定，難以適用于狹小空間的加工任務。為此，國內外正大力發(fā)展便攜式加工設備，如自動進給鉆，其體積小、質量輕等優(yōu)勢明顯，既可以適合于傳統(tǒng)機器不可達的復雜加工工位，也可以取代傳統(tǒng)手工加工，已被廣泛應用于航空航天領域。

但是，此類便攜式加工設備多采用浮動主軸，要求主軸同時完成旋轉和進給運動，靜態(tài)剛性較弱。并且，為滿足狹小空間和輕便易攜的要求，設備體積和質量往往很小，無法采用傳統(tǒng)厚重的結構制造，進一步降低了設備的靜態(tài)剛度。此外，便攜式加工設備往往需要通過加工模板和專用夾具與被加工區(qū)域連接，進而實現(xiàn)自動化加工，導致整個加工系統(tǒng)的靜態(tài)剛度會隨加工區(qū)域位置發(fā)生改變。可見，便攜式加工系統(tǒng)的靜態(tài)剛度普遍較弱，遠低于傳統(tǒng)加工設備，對加工質量和精度影響更大，且其靜態(tài)剛度特性多變，剛度特性極為復雜。因此，對便攜式加工設備與工件夾具所組成的加工系統(tǒng)進行靜態(tài)剛度分析極為重要，已成為目前的研究熱點之一。

分析加工設備的剛度特性一般可通過理論計算、仿真分析以及實驗測試方法，但由于加工設備往往結構復雜且存在大量連接、間隙或過盈配合等部位，理論計算和仿真分析難以準確表征，因此，采用實驗測試是目前準確獲得和分析加工設備剛度特性的優(yōu)選方法之一。當前國內外對于普通機床及多軸加工中心的剛度分析開展了較為充分地研究，并設計了系列化的可用于普通機床及多軸加工中心的剛度分析及測量方法。如波蘭PiotrPawelko發(fā)表的論文“A new measurement system to determine stiffnessdistribution in machine tool workspace[J].Archives of Civil and MechanicalEngineering,2021,21(2).”中提出了一種固定于機床工作平臺的機床準靜態(tài)剛度測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠施加大小和方向可控的力，并同時測量產(chǎn)生的位移，進而計算系統(tǒng)剛度，然而此系統(tǒng)的加載和測量裝置都相對于床身或地面固定，不適用于便攜式加工系統(tǒng)局部加工區(qū)域的剛度測量，且其體積大，靈活性較差。電子科技大學的丁杰雄等人發(fā)明了“一種五軸機床變刀具姿態(tài)下的靜剛度測試裝置”，申請?zhí)枮镃N201711400972，該裝置在正交三軸滑臺每個滑動方向上采用雙向氣缸來進行加載，其可測姿態(tài)范圍有限，需要提前知道刀具的姿態(tài)信息，過程復雜費時，測試效率不高，而且其裝置難以直接應用于在空間受限工位運行的加工設備的測量。西安交通大學高羨明等人發(fā)明了“一種模擬真實切削工況的機床靜剛度測試裝置及方法”，專利號為ZL201410105866，該裝置采用液壓缸施載，測量前需要分別安裝三向施載液壓缸，手動控制液壓缸輸出壓力，測量過程比較繁瑣，且可能會帶來環(huán)境污染。

綜上，目前剛度測試裝置和方法多需固定于地面或機床臺面，只適用于測量傳統(tǒng)加工設備主軸的剛度，難以在位對便攜式加工設備與工件夾具所組成的加工系統(tǒng)進行靜態(tài)剛度分析，且裝置體積較大不易安裝、便攜性差，無法在空間受限工位對便攜式加工裝備的靜態(tài)剛度進行準確測量。基于上述原因，迫切需要一種針對便攜式加工系統(tǒng)的剛度測試裝置和方法，進而指導其結構設計和安裝方法，最終提高加工精度。

發(fā)明內容