CN102692321A - 外圆磨床砂轮架主轴刚度测量装置 - Google Patents

外圆磨床砂轮架主轴刚度测量装置 Download PDF

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李郝林
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Abstract

本发明涉及一种外圆磨床砂轮架主轴刚度测量装置，包括电涡流位移传感器、液压缸驱动器、施力杆、液压缸控制器、力传感器、推力杆等。砂轮架主轴下面装有施力杆，施力杆下面连接有推力杆及液压缸驱动器，液压缸驱动器通过液压缸控制器与计算机信号输出端连接；施力杆与推力杆之间设有力传感器，砂轮架主轴上面设有电涡流位移传感器，电涡流位移传感器和力传感器分别通过电涡流传感器信号处理器和力传感器信号处理器与A/D采集卡信号输入端连接，A/D采集卡信号输出端与计算机信号输入端连接。该装置可方便测量出不同砂轮架主轴刚度的大小，通过比较试验测试结果分析出不同砂轮架主轴的动态特性，可有效提供磨削工件的磨削效率和磨削质量。

Description

外圆磨床砂轮架主轴刚度测量装置
技术领域
本发明涉及一种机床主轴刚度测量装置，尤其是一种用于外圆磨床砂轮架主轴刚度的测量装置。
背景技术
随着现代精密磨削加工技术的发展，对机床各部件的刚度要求越来越高。砂轮架系统是整台机床的薄弱环节，其主轴是砂轮架系统的关键部件。实验研究表明，不论是空转试验、激振试验或磨削试验，其结果均显示砂轮架主轴的刚度大小对整台外圆磨床的动态不稳定性有着很大的影响。目前，国内外很多学者对外圆磨削进行动态特性建模分析，其中砂轮架主轴刚度是模型中重要参数。实际磨削过程中，由于磨床结构复杂，砂轮架主轴刚度大小往往难以准确获得。刚度是机械零件和构件抵抗变形的能力，是作用在弹性元件上的力或力矩的增量与相应的位移或角位移的增量之比。砂轮架主轴刚度大小会直接影响机床的加工能力，与磨削过程中的颤振现象有直接关系。 
因此，如何有效准确测量磨床砂轮架主轴刚度大小，对于准确分析磨削动态特性、提高工件磨削质量和磨削效率有重要意义。
发明内容
本发明是要提供一种外圆磨床砂轮架主轴刚度测量装置，该装置可方便测量出不同砂轮架主轴刚度的大小，通过比较试验测试结果分析出不同砂轮架主轴的动态特性，可有效提供磨削工件的磨削效率和磨削质量。
本发明的技术方案是：一种外圆磨床砂轮架主轴刚度测量装置，包括电涡流位移传感器、液压缸驱动器、施力杆、电涡流传感器信号处理器、力传感器信号处理器、液压缸控制器、力传感器、推力杆、A/D采集卡和计算机，其特点是：砂轮架主轴下面装有施力杆，施力杆下面连接有推力杆及液压缸驱动器，液压缸驱动器通过液压缸控制器与计算机信号输出端连接；施力杆与推力杆之间设有力传感器，砂轮架主轴上面设有电涡流位移传感器，电涡流位移传感器和力传感器分别通过电涡流传感器信号处理器和力传感器信号处理器与A/D采集卡信号输入端连接，A/D采集卡信号输出端与计算机信号输入端连接。
推力杆和施力杆通过螺栓与力传感器固定连接。
施力杆上端设有V形槽，且通过V形槽与砂轮架主轴接触连接。
电涡流传感器信号处理器和力传感器信号处理器中均设有切比雪夫I型数字滤波器，用于对采集的数据进行低通滤波处理。
本发明的有益效果是：
通过本发明，可有效测量砂轮架主轴刚度大小，通过比较试验测试结果分析出不同砂轮架主轴的动态特性，在实际磨削加工过程中，可依据此砂轮架主轴动态特性调节磨削磨削工艺参数，对提高工件磨削表面质量和磨削效率有重要意义。
附图说明
图1是外圆磨床砂轮架主轴刚度测量装置结构示意图；
图2是是施力杆结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，外圆磨床砂轮架主轴刚度测量装置，由给主轴施加力装置及力信号装置和位移信号采集装置组成。它包括电涡流位移传感器3、液压缸驱动器6、施力杆7、电涡流传感器信号处理器9、力传感器信号处理器10、液压缸控制器11、力传感器14、推力杆15、A/D采集卡12和计算机13等。
位于砂轮架主轴箱1前端的砂轮架主轴2下面装有施力杆7，施力杆7下面连接有推力杆15及液压缸驱动器6，液压缸驱动器6通过液压缸驱动器控制线8连接液压缸控制器11，液压缸控制器11与计算机13信号输出端连接；施力杆7与推力杆15之间设有力传感器14，砂轮架主轴2上面设有电涡流位移传感器3，电涡流位移传感器3和力传感器14分别通过电涡流传感器信号输出线4和力传感器信号输出线5与电涡流传感器信号处理器9和力传感器信号处理器10连接，电涡流传感器信号处理器9和力传感器信号处理器10输号输出端分别与A/D采集卡12信号输入端连接，A/D采集卡12信号输出端与计算机13信号输入端连接。
施加力装置是由计算机13发出信号，经液压缸控制器11控制液压缸驱动器6上下微小移动，通过推力杆15、力传感器14、施力杆7将载荷力                                               
Figure 201210195077X100002DEST_PATH_IMAGE002
施加在砂轮架主轴2上。其中推力杆15和施力杆7是通过螺栓方式与力传感器14固定连接。如图2所示，施力杆7上端设有V形槽，且通过V形槽与砂轮架主轴2接触连接。施力杆7形状可实现测量过程中在施加载荷力
Figure 801800DEST_PATH_IMAGE002
同时砂轮架主轴2也可旋转。
数据采集：如图1所示，设定声发射传感器信号A/D采集卡12的采样频率为
Figure 201210195077X100002DEST_PATH_IMAGE004
，经调试后保证整个测量装置正常工作，实验开始后，启动砂轮架主轴2以转速
Figure 201210195077X100002DEST_PATH_IMAGE006
选转，记录下电涡流位移传感器信号初始值
Figure DEST_PATH_IMAGE008
和力传感器信号初始值
Figure DEST_PATH_IMAGE010
，然后通过计算机13控制液压缸驱动器6将载荷力
Figure 531990DEST_PATH_IMAGE002
施加在选装的砂轮架主轴2上，等电涡流位移传感器和力传感器信号稳定后，记录下电涡流位移传感器信号值
Figure DEST_PATH_IMAGE012
和力传感器信号值
Figure DEST_PATH_IMAGE014
。
数据滤波处理：为了去除环境温度及电磁环境等高频干扰信号对实验测量结果的影响，本专利使用切比雪夫I型数字滤波器对采集的数据进行低通滤波处理，其具体方法原理如下。
切比雪夫I型滤波器的
Figure DEST_PATH_IMAGE016
阶幅度平方函数为下式（1）
                         （1）
其中：
Figure DEST_PATH_IMAGE020
，表示通带内幅度波动的程度；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为通带截止频率；而
Figure DEST_PATH_IMAGE024
是滤波器在截止频率
Figure 934896DEST_PATH_IMAGE022
的放大率。
Figure DEST_PATH_IMAGE026
的阶切比雪夫多项式，如下式（2）和式（3）：
Figure DEST_PATH_IMAGE028
；
Figure DEST_PATH_IMAGE030
                       （2）
Figure DEST_PATH_IMAGE032
；
Figure DEST_PATH_IMAGE034
                         （3）
通过对采集的位移信号及力信号的频率成份分析，确定低通滤波器的截止频率
Figure 829963DEST_PATH_IMAGE022
、参数
Figure DEST_PATH_IMAGE036
和阶数
Figure 590109DEST_PATH_IMAGE016
。
4）通过上述实验数据采集分析，计算出砂轮架主轴刚度大小，其计算方法如下式（4）所示。
Figure DEST_PATH_IMAGE038
                                     （4）
由上述（4）可计算出被测量砂轮架主轴刚度大小，通过比较试验测试结果分析出不同砂轮架主轴的动态特性，在实际磨削加工过程中，可依据此砂轮架主轴动态特性调节磨削磨削工艺参数，提高加工工件的磨削效率和磨削质量。

Claims (4)

1.一种外圆磨床砂轮架主轴刚度测量装置，包括电涡流位移传感器（3）、液压缸驱动器（6）、施力杆（7）、电涡流传感器信号处理器（9）、力传感器信号处理器（10）、液压缸控制器（11）、力传感器（14）、推力杆（15）、A/D采集卡（12）和计算机（13），其特征在于：砂轮架主轴（2）下面装有施力杆（7），施力杆（7）下面连接有推力杆（15）及液压缸驱动器（6），液压缸驱动器（6）通过液压缸控制器（11）与计算机（13）信号输出端连接；施力杆（7）与推力杆（15）之间设有力传感器（14），砂轮架主轴（2）上面设有电涡流位移传感器（3），电涡流位移传感器（3）和力传感器（14）分别通过电涡流传感器信号处理器（9）和力传感器信号处理器（10）与A/D采集卡（12）信号输入端连接，A/D采集卡（12）信号输出端与计算机（13）信号输入端连接。
2.根据权利要求1所述的外圆磨床砂轮架主轴刚度测量装置，其特征在于：所述推力杆（15）和施力杆（7）通过螺栓与力传感器（14）固定连接。
3.根据权利要求1所述的外圆磨床砂轮架主轴刚度测量装置，其特征在于：所述施力杆（7）上端设有V形槽，且通过V形槽与砂轮架主轴（2）接触连接。
4.根据权利要求1所述的外圆磨床砂轮架主轴刚度测量装置，其特征在于：所述电涡流传感器信号处理器（9）和力传感器信号处理器（10）中均设有切比雪夫I型数字滤波器，用于对采集的数据进行低通滤波处理。
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