CN102944417A - 一种机床主轴静刚度的测试平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机床主轴静刚度的测试平台及方法，属于测量技术领域。该平台，包括加工工件和对所述工件进行加工的刀架，其中，所述刀架上安装有对所述工件进行加载的加载装置，所述加载装置和所述工件之间设置有测量加载力的力传感器，所述工件和所述刀架上均设有多个采集主轴变形量的位移测量装置。本发明通过采用力传感器采集加载装置产生的力信号，位移检测装置采集主轴产生的变形量，对力信号和变形信号进行同步采集，不仅可自动绘制主轴静刚度曲线，而且安装方便，精度较高，具有良好的可靠性；另外也具有良好的可扩展性，适用于卧式车削中心、加工中心、龙门类机床主轴的静刚度测试。

Description

一种机床主轴静刚度的测试平台及方法

技术领域

本发明涉及测量技术领域，特别涉及一种机床主轴静刚度的测试平台及方法。

背景技术

机床的几何精度，一方面是由机床导轨及主轴部件的制造、装配精度所造成；另一方面也与机床运动部件和工件的重力分布状况变化而引起基础件的变形有关。因此，在机床运动部件和工件的重量变化以及重力分布状况改变时，机床的静变形应能使机床结构变形满足机床几何精度的要求。

传统的试验方法是：在机床主轴一侧安装加载装置和测力装置后，再在主轴另一侧安装千分表，试验时通过加力装置模拟刀具对机床施加切削力，再通过千分表，读取主轴的变形量。通过事先的标定，就可以手工计算出刚度值。传统方法是用千分表测量，是机械式、接触式的，在测量过程中，千分表的反应灵敏度不高，常常出现滞后现象，因此测量的数据偏差很大，而且需要手工计算静刚度值和手工绘制曲线，测量方法落后，不适应现代数控机床快速发展的要求。因此目前出现了一种卧式加工中心的静刚度测试法，其主要是在加工中心的主轴头部和龙门框架的上部左、右两侧设立三个检测点，采用激光干涉仪完成应变检测。

但其这种检测方法安装方式繁琐，对于卧式车床主轴不太适用。其次，该检测方法没有对力信号和变形信号进行同步测试，而且只是测试了某一载荷下的变形值，无法得到主轴的静刚度曲线。

发明内容

为了解决目前的静刚度测试法安装方式繁琐，不太适用于卧式车床以及只测试某一载荷下的变形值，无法得到主轴的静刚度曲线问题，现提供了一种机床主轴静刚度的测试平台及方法。具体技术方案如下：

一种机床主轴静刚度的测试平台，包括加工工件和对所述工件进行加工的刀架，其中，所述刀架上安装有对所述工件进行加载的加载装置，所述加载装置和所述工件之间设置有测量加载力的力传感器，所述工件和所述刀架上均设有多个采集主轴变形量的位移测量装置。

优选的，所述加载装置为螺旋加载装置或液压千斤顶，且通过夹具安装在所述刀架上。

优选的，所述力传感器安装在所述工件的中点。

优选的，所述位移测量装置分别设置在所述工件的两端及所述刀架上。

优选的，所述位移测量装置为电涡流位移传感器。

一种机床主轴静刚度的测试方法，包括权利上述任一项所述的机床主轴静刚度的测试平台，还具有以下步骤，

同步采集力传感器和位移测量装置的信号输入到计算机；

计算机采集的数据进行曲线拟合，得到力-变形之间的静刚度曲线。

与现有技术相比，上述技术方案提供的机床主轴静刚度的测试平台及方法具有以下优点：通过采用采用力传感器采集加载装置产生的力信号，位移检测装置采集主轴产生的变形量，对力信号和变形信号进行同步采集，不仅可自动绘制主轴静刚度曲线，而且安装方便，精度较高，具有良好的可靠性；另外也具有良好的可扩展性，适用于卧式车削中心、加工中心、龙门类机床主轴的静刚度测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中提供的静刚度测试平台原理图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种机床主轴静刚度的测试平台，包括加工工件3和对所述工件进行加工的刀架5，刀架5上安装有对所述工件3进行加载的加载装置6，加载装置6和所述工件3之间设置有测量加载力的力传感器4，工件3和刀架5上均设有多个采集主轴变形量的位移测量装置。加载装置6为螺旋加载装置或液压千斤顶，且通过夹具安装在所述刀架5上。力传感器4安装在所述工件3的中点。位移测量装置分别设置在所述工件3的两端及所述刀架5上。位移测量装置为电涡流位移传感器。

一种机床主轴静刚度的测试方法，包括上述所述的机床主轴静刚度的测试平台，还具有以下步骤，

同步采集力传感器和位移测量装置的信号输入到计算机；

计算机采集的数据进行曲线拟合，得到力-变形之间的静刚度曲线。

实验过程中，将螺旋加载装置6通过夹具安装在刀架5上，通过该装置上的旋钮对卧式车削中心上的工件3进行缓慢加载。螺旋加载装置和工件之间安装力传感器4，测量加载力的大小，力传感器安装在工件的中点。在工件两端、刀架上布置电涡流位移传感器1、2、7，传感器探头离工件、刀架的距离为2mm，得到变形量的大小。力传感器4和电涡流位移传感器的信号通过接入同一张NI采集卡进行同步采集，将采集到的信号输入计算机，将测试的数据进行曲线拟合，得到力—变形之间的静刚度曲线。其中螺旋加载装置也可以是液压加载或者进给加载；位移测量装置为电涡流传感器或数显千分表。

本发明实施例公开的机床主轴静刚度的测试平台利用电涡流位移传感器来测量主轴的变形量，利用力传感器来测量加载器的变形量，其中位移传感器是非接触式的，反应灵敏，测量的数据精度高。测量过程中外界的干扰影响小，因此测量结果误差小；并应用PC强大的计算及图形处理功能，计算并显示出静刚度的大小，绘制主轴的静刚度曲线，可快速方便的进行静刚度曲线分析。本发明的静刚度测试系统结构简单，安装方便，精度较高，具有良好的可靠性。同时也具有良好的可扩展性，适用于卧式车削中心、加工中心、龙门类机床主轴的静刚度测试。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机床主轴静刚度的测试平台，包括加工工件和对所述工件进行加工的刀架，其特征在于，所述刀架上安装有对所述工件进行加载的加载装置，所述加载装置和所述工件之间设置有测量加载力的力传感器，所述工件和所述刀架上均设有多个采集主轴变形量的位移测量装置。

2.根据权利要求1所述的机床主轴静刚度的测试平台，其特征在于，所述加载装置为螺旋加载装置或液压千斤顶，且通过夹具安装在所述刀架上。

3.根据权利要求1所述的机床主轴静刚度的测试平台，其特征在于，所述力传感器安装在所述工件的中点。

4.根据权利要求1所述的机床主轴静刚度的测试平台，其特征在于，所述位移测量装置分别设置在所述工件的两端及所述刀架上。

5.根据权利要求4所述的机床主轴静刚度的测试平台，其特征在于，所述位移测量装置为电涡流位移传感器。

6.一种机床主轴静刚度的测试方法，其特征在于，包括权利要求1至5任一项所述的机床主轴静刚度的测试平台，还具有以下步骤，

同步采集力传感器和位移测量装置的信号输入到计算机；

计算机采集的数据进行曲线拟合，得到力-变形之间的静刚度曲线。