CN104296989B - 一种数控机床整机静刚度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控机床整机静刚度检测装置，包括检测部分、执行部分、加载部分三个独立系统，其中所述加载部分为液压系统；所述执行部分主体为基座，在所述基座上开有三个垂直方向的通孔；在X方向两端分别为有孔端盖和套环Ⅰ，在所述有孔端盖与所述套环Ⅰ之间依次安装有横向活塞、力传感器Ⅰ、探头Ⅰ，最外侧为压板Ⅰ，所述力传感器Ⅰ安装在所述横向活塞外杆上，由锥芯Ⅰ进行固定；在Z方向上两端则为无孔端盖和所述套环Ⅱ。本发明采用集成化的方法将三个垂直方向的液压缸集成到一起，大大减小了装置的整体尺寸及自重，并通过自行设计创新完成了三自由加载单元的全部设计，弥补了以往相关研究成果的缺陷，可靠性高，且应用方便。

Description

一种数控机床整机静刚度检测装置

技术领域

本发明专利涉及数控机床领域的性能检测装置，特别是关于一种数控机床整机静刚度检测装置。

背景技术

数控机床的整机静刚度是指其在空间中三个垂直方向上承受恒定载荷时抵抗变形的能力，是机床设计的重要指标，机床的静态性能会影响其动态特性，在恒定载荷及自身重力的作用下的机床的静态变形不但会改变零部件的几何精度，降低加工质量，还会对机床的抗振性、生产率、噪声、工作寿命、运动平衡性、发热和磨损等各项性能造成影响，为了准确并可靠地设计数控机床的主轴及其他部件，有必要对数控机床的整机静刚度进行测试和分析。

数控机床整机静刚度测试系统开发涉及到三维切削力模拟加载装置设计、加载力检测、机床变形检测、数据后处理及绘制刚度曲线等基础理论及实验技术方面的研究工作，目前国内外已有一些学者进行过相关的研究，也有很多关于普通机床及数控机床静刚度的测试方法的研究成果和文献发表，但在这些成果中针对数控机床的整机静刚度已开发的测试方法大多只能测量某一方向，而非X、Y、Z三个垂直方向同时测量，不仅改变测量方向较为困难，而且不符合工件加工的实际情况，局限性明显，其他研究成果虽然可同时测三个方向静刚度，但其测试系统大多为临时组装，远不够集成化，且大量学者的研究仅停留在方案构想或者试验上。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种数控机床整机静刚度检测装置，该装置可同时对三个方向进行加载和测量。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种数控机床整机静刚度检测装置，可分为检测部分、执行部分、加载部分三个独立系统，其中所述加载部分为液压系统，而所述执行部分为本发明的创新所在。

所述执行部分主体为基座，在所述基座上开有三个垂直方向的通孔，在X、Y方向上其结构完全相同；在X方向两端分别为有孔端盖和套环Ⅰ，在所述有孔端盖与所述套环Ⅰ之间依次安装有横向活塞、力传感器Ⅰ、探头Ⅰ，最外侧为压板Ⅰ，所述力传感器Ⅰ安装在所述横向活塞外杆上，由锥芯Ⅰ进行固定；在Z方向上则为无孔端盖和所述套环Ⅱ，在所述无孔端盖与所述套环Ⅱ之间依次安装有竖向活塞、力传感器Ⅱ、探头Ⅱ，最外侧为压板Ⅱ，所述力传感器Ⅱ安装在所述竖向活塞外杆上，由锥芯Ⅱ进行固定；

所述力传感器Ⅰ的导线通过线罩进行保护，以防止其拉断，所述横向活塞采用挡圈Ⅰ及径向O型橡胶密封圈Ⅰ进行密封，所述有孔端盖与所述基体之间采用轴向O型橡胶密封圈Ⅰ密封，所述套环Ⅰ与碟簧Ⅰ接触，所述碟簧Ⅰ另一端为所述横向活塞，圆柱螺旋压缩弹簧Ⅰ位于所述横向活塞的底孔中。

所述竖向活塞采用挡圈Ⅱ及径向O型橡胶密封圈Ⅱ进行密封，所述无孔端盖与所述基体之间采用轴向O型橡胶密封圈Ⅱ密封，所述套环Ⅱ与碟簧Ⅱ接触，所述碟簧Ⅱ另一端为所述竖向活塞，圆柱螺旋压缩弹簧Ⅱ位于所述竖向活塞的底孔中；

所述检测部分包括检验棒、电涡流位移传感器、位移传感器固定支架及位移传感器安装支架，所述检验棒经再加工后获得接触平面及测量平面，可供所述电涡流位移传感器进行X、Y、Z三个方向的测量，所述位移传感器固定支架及所述位移传感器安装支架用于所述电涡流位移传感器的安装。

本发明具有的优点和积极效果是：

1)采用集成化的方法将三个垂直方向的液压缸集成到一起，大大减小了装置的整体尺寸及自重，并通过自行设计创新完成了三自由加载单元的全部设计，弥补了以往相关研究成果的缺陷。

2)采用液压方式加载，可靠性高，且应用方便。

附图说明

图1是本发明执行部分即三自由加载单元的装配结构三维示意图；

图2是本发明执行部分即三自由加载单元的装配结构二维示意图；

图3是检验棒再加工示意图，其中图3(a)为轴向视图，图3(b)正向视图；

图4为电涡流位移传感器安装示意图；

图中标号名称：

1.基座，2.探头Ⅱ，3.压板Ⅱ，4.套环Ⅱ，5.有孔端盖，6.线罩，7.无孔端盖，8.竖向活塞，9.锥芯Ⅰ，10.力传感器Ⅰ，11.碟簧Ⅰ，12.横向活塞，13.挡圈Ⅰ，14.径向O型橡胶密封圈Ⅰ，15.轴向O型橡胶密封圈Ⅰ，16.圆柱螺旋压缩弹簧Ⅰ，17.检验棒，18.电涡流位移传感器，19.位移传感器固定支架，20.位移传感器安装支架，21.锥芯Ⅱ，22.力传感器Ⅱ，23.碟簧Ⅱ，24.圆柱螺旋压缩弹簧Ⅱ，25.挡圈Ⅱ，26.径向O型橡胶密封圈Ⅱ，27.轴向O型橡胶密封圈Ⅱ，28.探头Ⅰ，29.压板Ⅰ，30.套环Ⅰ

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

请参见图1至图4，本发明为一种数控机床整机静刚度检测装置，可分为检测部分、执行部分、加载部分三个独立系统，其中所述加载部分为液压系统，而所述执行部分为本发明的创新所在。

所述执行部分主体为基座1，在所述基座1上开有三个垂直方向的通孔，在X、Y方向上其结构完全相同；在X方向两端分别为有孔端盖5和套环Ⅰ30，在所述有孔端盖5与所述套环Ⅰ30之间依次安装有横向活塞12、力传感器Ⅰ10、探头Ⅰ28，最外侧为压板Ⅰ29，所述力传感器Ⅰ10安装在所述横向活塞12外杆上，由锥芯Ⅰ9进行固定；在Z方向上则为无孔端盖7和所述套环Ⅱ4，在所述无孔端盖7与所述套环Ⅱ4之间依次安装有竖向活塞8、力传感器Ⅱ22、探头Ⅱ2，最外侧为压板Ⅱ3，所述力传感器Ⅱ22安装在所述竖向活塞8外杆上，由锥芯Ⅱ21进行固定。

所述力传感器Ⅰ10的导线需进行保护，防止拉断，线罩6可达到此要求，所述横向活塞12采用挡圈Ⅰ13及径向O型橡胶密封圈Ⅰ14进行密封，所述有孔端盖5与所述基体1之间采用轴向O型橡胶密封圈Ⅰ15密封，所述套环Ⅰ30与碟簧Ⅰ11接触，所述碟簧Ⅰ11另一端为所述横向活塞12，圆柱螺旋压缩弹簧Ⅰ16位于所述横向活塞12的底孔中。

所述竖向活塞8采用挡圈Ⅱ25及径向O型橡胶密封圈Ⅱ26进行密封，所述无孔端盖7与所述基体1之间采用轴向O型橡胶密封圈Ⅱ27密封，所述套环Ⅱ4与碟簧Ⅱ23接触，所述碟簧Ⅱ23另一端为所述竖向活塞8，圆柱螺旋压缩弹簧Ⅱ24位于所述竖向活塞8的底孔中。

所述检测部分包括检验棒17、电涡流位移传感器18、位移传感器固定支架19及位移传感器安装支架20，所述检验棒17经再加工后获得接触平面及测量平面，可供所述电涡流位移传感器18进行X、Y、Z三个方向的测量，所述位移传感器固定支架19及所述位移传感器安装支架20用于所述电涡流位移传感器18的安装。

本发明的工作原理：

以X方向举例，液压油自油孔进入液压缸后，横向活塞12受液压力向左运动，迫使碟簧Ⅰ11产生变形，且推动力传感器Ⅰ10及探头Ⅰ28向左运动，在一定时间后，探头Ⅰ28与检验棒17接触，若液压力继续增大，检验棒17将产生变形并不断增大，而电涡流位移传感器18和力传感器Ⅰ10的检测信号将由数据采集系统发送到电脑上。

卸载时，液压力减小，检验棒17的变形也会减小，进而推动探头Ⅰ28向右微小运动，碟簧Ⅰ11起复位作用，可使横向活塞12回到初始位置，圆柱螺旋压缩弹簧Ⅰ16起缓冲作用，防止横向活塞12复位速度过快，撞上有孔端盖5。

横向活塞12与锥芯Ⅰ9采用螺纹连接，锥芯Ⅰ9前端为锥面，左右两端各截去一块，恰可伸入探头Ⅰ28对应的长条孔中，达到最大深度后，两者轴向径向均留有空隙，将探头Ⅰ28旋转90度即可保证工作行程时锥芯Ⅰ9对探头Ⅰ28无推力，回程时有拉力，使探头Ⅰ28回到初始位置，且锥芯Ⅰ9的环形端面也起到固定力传感器Ⅰ10的作用。

尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种数控机床整机静刚度检测装置，包括检测部分、执行部分、加载部分三个独立系统，其特征在于：

其中所述加载部分为液压系统；

所述执行部分主体为基座，在所述基座上开有三个垂直方向的通孔，在X、Y方向上其结构完全相同；在X方向两端分别为有孔端盖和套环Ⅰ，在所述有孔端盖与所述套环Ⅰ之间依次安装有横向活塞、力传感器Ⅰ、探头Ⅰ，最外侧为压板Ⅰ，所述力传感器Ⅰ安装在所述横向活塞外杆上，由锥芯Ⅰ进行固定；在Z方向上则为无孔端盖和套环Ⅱ，在所述无孔端盖与套环Ⅱ之间依次安装有竖向活塞、力传感器Ⅱ、探头Ⅱ，最外侧为压板Ⅱ，所述力传感器Ⅱ安装在所述竖向活塞外杆上，由锥芯Ⅱ进行固定；

所述检测部分包括检验棒、电涡流位移传感器、位移传感器固定支架及位移传感器安装支架，所述检验棒经再加工后获得接触平面及测量平面，可供所述电涡流位移传感器进行X、Y、Z三个方向的测量，所述位移传感器固定支架及所述位移传感器安装支架用于所述电涡流位移传感器的安装；

所述力传感器Ⅰ的导线通过线罩进行保护，以防止其拉断，所述横向活塞采用挡圈Ⅰ及径向O型橡胶密封圈Ⅰ进行密封，所述有孔端盖与所述基座之间采用轴向O型橡胶密封圈Ⅰ密封，所述套环Ⅰ与碟簧Ⅰ接触，所述碟簧Ⅰ另一端为所述横向活塞，圆柱螺旋压缩弹簧Ⅰ位于所述横向活塞的底孔中；

所述竖向活塞采用挡圈Ⅱ及径向O型橡胶密封圈Ⅱ进行密封，所述无孔端盖与所述基座之间采用轴向O型橡胶密封圈Ⅱ密封，所述套环Ⅱ与碟簧Ⅱ接触，所述碟簧Ⅱ另一端为所述竖向活塞，圆柱螺旋压缩弹簧Ⅱ位于所述竖向活塞的底孔中。