CN108627309A - 一种用于机床的非线性刚度测量方法及装置 - Google Patents

一种用于机床的非线性刚度测量方法及装置 Download PDF

Info

Publication number
CN108627309A
CN108627309A CN201810355307.1A CN201810355307A CN108627309A CN 108627309 A CN108627309 A CN 108627309A CN 201810355307 A CN201810355307 A CN 201810355307A CN 108627309 A CN108627309 A CN 108627309A
Authority
CN
China
Prior art keywords
lathe
knife
displacement
handle
curve
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810355307.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108627309B (zh
Inventor
张瑞乾
彭宝营
杨庆东
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Kexin Electromechanical Technology Research Institute Co ltd
Original Assignee
Beijing Information Science and Technology University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Information Science and Technology University filed Critical Beijing Information Science and Technology University
Priority to CN201810355307.1A priority Critical patent/CN108627309B/zh
Publication of CN108627309A publication Critical patent/CN108627309A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108627309B publication Critical patent/CN108627309B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M5/00—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings
    • G01M5/0041—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress
    • G01M5/005—Investigating the elasticity of structures, e.g. deflection of bridges or air-craft wings by determining deflection or stress by means of external apparatus, e.g. test benches or portable test systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M13/00—Testing of machine parts

Abstract

本发明公开了一种用于机床的非线性刚度测量方法及装置，方法为：首先在机床工作台上对模拟刀柄施加负载，并且测量机床主轴端部的位移，获得机床主轴的变形与力负载的曲线；通过分析机床主轴端部的变形与力负载曲线的斜率，评价机床的综合刚度；通过测量系统连续加力来测出机床主轴的连续变形曲线，获得机床整体刚度参数，测量装置包括机床工作台和主轴，主轴上安装有模拟刀柄，模拟刀柄的柄身上通过轴承套装有滚子，滚子的相对侧设置有加载装置，模拟刀柄相对于加载装置的一侧设置有位移传感装置，还包括一个数控系统，通过闭环系统和位移传感器的精准测量，实现了更理想化的非线性刚度测量，也更直观的展现机床的刚度。

Description

一种用于机床的非线性刚度测量方法及装置
技术领域
本发明涉及机床技术领域，具体为一种用于机床的非线性刚度测量方法及装置。
背景技术
当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竟相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。如今国内数控机床发展迅速，年产量逐年攀升，但所产机床精度等方面达不到要求。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。
虽然大力发展装备制造业已成为全社会的共识，但国内绝大多数重要机械制造装备的数字化控制系统却不是中国造。尤其是关系国家战略地位和体现国家综合国力水平的高档数控机床，它的“大脑”和“心脏”却要大部分从国外引进。专家呼吁，以数控机床为代表的“中国制造”不能没有创造，开发自主知识产权的数控系统迫在眉睫。
机床的刚度指机床在外力作用下抵抗变形的能力，机床的刚度越大，动态精度越高，机床的刚度包括机床构件本身的刚度和构件之间的接触刚度，机床构件本身的刚度主要取决于构件本身的材料性质、截面形状、大小等，构件之间的接触刚度不仅与接触材料、接触面的几何尺寸和硬度有关，而且还与接触面的表面粗糙度、几何精度、加工方法、接触面介质、预压力等因素有关，机床的刚度分为静刚度与动刚度，机床的刚度与机床的材料、机床的结构、机床各部件的结合面、机床的动力传动等因素紧密相关，机床的刚度直接决定机床的精度和加工出零件的质量高低，不同的机床刚度是不同的，目前研究机床刚度的方法，一般从局部方面研究，比如研究机床结合面对机床刚度的影响等，不能从根本上评价机床的的综合刚度。
发明内容
为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种用于机床的非线性刚度测量方法及装置，通过闭环系统和位移传感器的精准测量，实现了更理想化的非线性刚度测量，也更直观的展现机床的刚度，能有效的解决背景技术提出的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于机床的非线性刚度测量方法，包括如下步骤
步骤100、在机床工作台上对模拟刀柄施加负载，并且测量机床主轴端部的位移，获得机床主轴的变形与力负载的曲线；
步骤200、通过分析所述机床主轴端部的变形与力负载曲线的斜率，评价机床的综合刚度；
步骤300、通过测量系统连续加力来测出机床主轴的连续变形曲线，获得机床整体刚度参数。
作为本发明一种优选的技术方案，所述测量系统可以在机床不运转和运转两个状态下进行测量，自动加力自动测量主轴的的变形曲线。
作为本发明一种优选的技术方案，所述测量系统是由加力负载设备、力传感设备和位移传感设备组成的一个闭环装置。
作为本发明一种优选的技术方案，所述的测量系统可以从机床主轴XYZ三个坐标方向上，连续加载用于切削模拟刀柄的模拟刀具所需要的切削力。
作为本发明一种优选的技术方案，采用测量头测量主轴端部的位移，获得变化主轴端部的力与变形位移的曲线，通过分析软件，评价力与位移曲线的变化趋势，获得机床的综合刚度参数。
另外本发明还设计了一种用于机床的非线性刚度测量装置，包括机床工作台和主轴，所述主轴上安装有模拟刀柄，所述模拟刀柄的柄身上通过轴承套装有滚子，所述滚子的相对侧设置有加载装置，所述模拟刀柄相对于加载装置的一侧设置有位移传感装置，同时还包括一个连接加载装置和位移传感装置的数控系统。
作为本发明一种优选的技术方案，所述加载装置包括直线移动装置和压力传感器，所述直线移动装置包括固定安装在机床工作台上的支座，所述支座上安装有外壳体，所述外壳体中间设置有滚珠丝杠，所述滚珠丝杠延伸出外壳体末端安装有过渡板，所述压力传感器安装在过渡板上。
作为本发明一种优选的技术方案，所述滚珠丝杠通过设置在外壳体末端的伺服电缸驱动，且所述滚珠丝杠末端连接有手轮。
作为本发明一种优选的技术方案，所述位移传感装置包括固定安装在机床工作台上的固定座，以及安装在固定座上的支撑杆，所述支撑杆顶部通过螺母安装有安装座，所述安装座上安装有位移传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过在主轴上安装模拟刀柄，并对刀柄施加负载，从而便捷的测量主轴端部在侧向施加切削力使得主轴端部位移，有效的获得机床主轴的变形与负载的曲线，从而通过模拟刀柄端部的变形与力负载曲线的斜率，直观的评价机床的综合刚度；
(2)本发明的在进行刚性测量时，通过直线移动装置和压力传感器钩成的闭环装置，能够精准的测量系统连续加力过程中的主轴变化，同时通过反馈调节进行施力大小的控制，使得测量的曲线更加精准，测量时获得机床运转和不运转状态下的两种测量方式，从而有效的合成自动加力自动测量主轴的变形曲线。
附图说明
图1为本发明的整体流程结构框图；
图2为本发明的整体主视结构示意图；
图3为本发明的整体俯视结构示意图。
图中标号：
1-机床工作台；2-主轴；3-模拟刀柄；4-轴承；5-滚子；6-加载装置；7-位移传感装置；8-数控系统；
601-直线移动装置；602-压力传感器；603-支座；604-外壳体；605-滚珠丝杠；606-过渡板；607-伺服电缸；608-手轮；
701-固定座；702-支撑杆；703-螺母；704-安装座；705-位移传感器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图2和图3所示，本发明提供了一种非线性刚度测量装置，包括机床工作台1和主轴2，主轴2上安装有模拟刀柄3，模拟刀柄3的柄身上通过轴承4套装有滚子5，滚子5的相对侧设置有加载装置6，模拟刀柄3相对于加载装置6的一侧设置有位移传感装置7，同时还包括一个连接加载装置6和位移传感装置7的数控系统8。
本发明中的加载装置6包括直线移动装置601和压力传感器602，直线移动装置601包括固定安装在机床工作台上的支座603，支座603上安装有外壳体604，外壳体604中间设置有滚珠丝杠605，滚珠丝杠605延伸出外壳体604末端安装有过渡板606，压力传感器602安装在过渡板606上。
本发明中的滚珠丝杠605通过设置在外壳体604末端的伺服电缸607驱动，且滚珠丝杠605末端连接有手轮608，通过手轮可设定压力传感器602的初始接触点并手动调节至最佳初始施力点。
本发明中的位移传感装置7包括固定安装在机床工作台1上的固定座701，以及安装在固定座701上的支撑杆702，支撑杆702顶部通过螺母703安装有安装座704，安装座704上安装有位移传感器705。
上述测量装置的具体测量方法如下：
首先将模拟刀柄安装在机床主轴上，并通过轴承在模拟刀柄的柄身上套装滚子；
然后在机床工作台上安装由一个直线移动装置和一个压力传感器构成的加载装置，同时在模拟刀柄另一侧安装位移传感装置；
再设置主轴转速，压力传感装置靠近压实模拟刀柄，同时将直线移动装置的传感器靠近模拟刀柄；
最后将测得的机床主轴端部位移和模拟刀柄受力计算成变形曲线，并计算变形曲线的斜率。
其中直线移动装置和压力传感装置构成闭环系统，且闭环系统连接有数控系统，根据压力传感器602施加的压力大小，确定直线移动装置的位移大小，当压力传感器602产生的压力电信号传至数控系统时，数控系统的执行信号发送至伺服电缸607，通过伺服电缸607驱动滚珠丝杠605带动过渡板606做直线位移，从而利用闭环系统的负反馈进行施力大小的精准调节。
本发明在进行S300时，通过主轴2的转动带动模拟刀柄3的转动，而由于压力传感器602对滚子5的施力作用，使得滚子5通过轴承4绕模拟刀柄进行相对转动，从而实现了动态化的测量，并能够在主轴2驱动转动时，实现从机床主轴XYZ三个坐标方向上，连续对刀柄加载模拟刀柄的切削动态测量。
本发明在模拟刀柄的侧面和端部安装位移测量头，当施加的切削力使得模拟刀柄3产生位移时，位移传感装置7将中的位移传感器705将能够检测到模拟刀柄3端头的测量头位移变化，从而实现对模拟刀柄位移的测量，获得变化主轴端部的力与变形位移曲线，即自动加力自动测量主轴的变形曲线，提供了更加直观的机床刚度测量方式。
实施例2：
如图1所示，一种用于机床的非线性刚度测量方法，包括如下步骤
步骤100、在机床工作台上对模拟刀柄施加负载，并且测量机床主轴端部的位移，获得机床主轴的变形与力负载的曲线；
步骤200、通过分析机床主轴端部的变形与力负载曲线的斜率，评价机床的综合刚度；
步骤300、通过测量系统连续加力来测出机床主轴的连续变形曲线，获得机床整体刚度参数，测量系统可以在机床不运转和运转两个状态下进行测量，自动加力自动测量主轴的的变形曲线。
测量系统是由加力负载设备、力传感设备和位移传感设备组成的一个闭环装置。
在本实施方式中，加力负载设备可以是一个动力装置或者一个压力装置，力传感设备可以是力传感器，位移传感设备可以是位移传感器。
测量系统可以从机床主轴XYZ三个坐标方向上，连续加载用于切削模拟刀柄的模拟刀具所需要的切削力，并采用测量头测量主轴端部的位移，获得变化主轴端部的力与变形位移的曲线，通过分析软件，评价力与位移曲线的变化趋势，获得机床的综合刚度参数。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种用于机床的非线性刚度测量方法，其特征在于：包括如下步骤
步骤100、在机床工作台上对模拟刀柄施加负载，并且测量机床主轴端部的位移，获得机床主轴的变形与力负载的曲线；
步骤200、通过分析所述机床主轴端部的变形与力负载曲线的斜率，评价机床的综合刚度；
步骤300、通过测量系统连续加力来测出机床主轴的连续变形曲线，获得机床整体刚度参数。
2.根据权利要求1所述的一种用于机床的非线性刚度测量方法，其特征在于：所述测量系统可以在机床不运转和运转两个状态下进行测量，自动加力自动测量主轴的的变形曲线。
3.根据权利要求1所述的一种用于机床的非线性刚度测量方法，其特征在于：所述测量系统是由加力负载设备、力传感设备和位移传感设备组成的一个闭环装置。
4.根据权利要求1所述的一种用于机床的非线性刚度测量方法，其特征在于：所述的测量系统可以从机床主轴XYZ三个坐标方向上，连续加载用于切削模拟刀柄的模拟刀具所需要的切削力。
5.根据权利要求1所述的一种用于机床的非线性刚度测量方法，其特征在于：采用测量头测量主轴端部的位移，获得变化主轴端部的力与变形位移的曲线，通过分析软件，评价力与位移曲线的变化趋势，获得机床的综合刚度参数。
6.一种用于机床的非线性刚度测量装置，包括机床工作台(1)和主轴(2)，其特征在于：所述主轴(2)上安装有模拟刀柄(3)，所述模拟刀柄(3)的柄身上通过轴承(4)套装有滚子(5)，所述滚子(5)的相对侧设置有加载装置(6)，所述模拟刀柄(3)相对于加载装置(6)的一侧设置有位移传感装置(7)，同时还包括一个连接加载装置(6)和位移传感装置(7)的数控系统(8)。
7.根据权利要求6所述的一种用于机床的非线性刚度测量装置，其特征在于：所述加载装置(6)包括直线移动装置(601)和压力传感器(602)，所述直线移动装置(601)包括固定安装在机床工作台上的支座(603)，所述支座(603)上安装有外壳体(604)，所述外壳体(604)中间设置有滚珠丝杠(605)，所述滚珠丝杠(605)延伸出外壳体(604)末端安装有过渡板(606)，所述压力传感器(602)安装在过渡板(606)上。
8.根据权利要求6所述的一种用于机床的非线性刚度测量装置，其特征在于：所述滚珠丝杠(605)通过设置在外壳体(604)末端的伺服电缸(607)驱动，且所述滚珠丝杠(605)末端连接有手轮(608)。
9.根据权利要求6所述的一种用于机床的非线性刚度测量装置，其特征在于：所述位移传感装置(7)包括固定安装在机床工作台(1)上的固定座(701)，以及安装在固定座(701)上的支撑杆(702)，所述支撑杆(702)顶部通过螺母(703)安装有安装座(704)，所述安装座(704)上安装有位移传感器(705)。
CN201810355307.1A 2018-04-19 2018-04-19 一种用于机床的非线性刚度测量方法及装置 Active CN108627309B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810355307.1A CN108627309B (zh) 2018-04-19 2018-04-19 一种用于机床的非线性刚度测量方法及装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810355307.1A CN108627309B (zh) 2018-04-19 2018-04-19 一种用于机床的非线性刚度测量方法及装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108627309A true CN108627309A (zh) 2018-10-09
CN108627309B CN108627309B (zh) 2021-03-23

Family

ID=63705619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810355307.1A Active CN108627309B (zh) 2018-04-19 2018-04-19 一种用于机床的非线性刚度测量方法及装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108627309B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110103078A (zh) * 2019-06-11 2019-08-09 贵州理工学院 一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102207420A (zh) * 2011-03-15 2011-10-05 清华大学 主轴与刀柄结合面静动态特性试验装置及试验方法
CN202453177U (zh) * 2012-02-10 2012-09-26 青海华鼎实业股份有限公司 一种模拟工况的主轴加载测试装置
CN102778345A (zh) * 2012-02-10 2012-11-14 青海华鼎实业股份有限公司 一种模拟工况的主轴加载测试装置
CN102944417A (zh) * 2012-12-11 2013-02-27 上海三一精机有限公司 一种机床主轴静刚度的测试平台及方法
CN103926066A (zh) * 2014-04-11 2014-07-16 北京工业大学 一种测量刀柄-主轴结合部静刚度的实验装置
CN103926094A (zh) * 2014-03-20 2014-07-16 西安交通大学 一种模拟真实切削工况的机床静刚度测试装置及方法
CN104385058A (zh) * 2014-10-22 2015-03-04 上海理工大学 数控机床静刚度快速检测装置及方法
DE102015004017B3 (de) * 2015-03-25 2016-08-11 Emag Holding Gmbh Werkzeugmaschine zur Herstellung von Verzahnungen
CN106289773A (zh) * 2016-07-15 2017-01-04 西安交通大学 一种机床主轴轴承径向非线性刚度的确定方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102207420A (zh) * 2011-03-15 2011-10-05 清华大学 主轴与刀柄结合面静动态特性试验装置及试验方法
CN202453177U (zh) * 2012-02-10 2012-09-26 青海华鼎实业股份有限公司 一种模拟工况的主轴加载测试装置
CN102778345A (zh) * 2012-02-10 2012-11-14 青海华鼎实业股份有限公司 一种模拟工况的主轴加载测试装置
CN102944417A (zh) * 2012-12-11 2013-02-27 上海三一精机有限公司 一种机床主轴静刚度的测试平台及方法
CN103926094A (zh) * 2014-03-20 2014-07-16 西安交通大学 一种模拟真实切削工况的机床静刚度测试装置及方法
CN103926066A (zh) * 2014-04-11 2014-07-16 北京工业大学 一种测量刀柄-主轴结合部静刚度的实验装置
CN104385058A (zh) * 2014-10-22 2015-03-04 上海理工大学 数控机床静刚度快速检测装置及方法
DE102015004017B3 (de) * 2015-03-25 2016-08-11 Emag Holding Gmbh Werkzeugmaschine zur Herstellung von Verzahnungen
CN106289773A (zh) * 2016-07-15 2017-01-04 西安交通大学 一种机床主轴轴承径向非线性刚度的确定方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
寸花英 等: "机床主轴系统静刚度分析及实验研究", 《机床与液压》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110103078A (zh) * 2019-06-11 2019-08-09 贵州理工学院 一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108627309B (zh) 2021-03-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106525412A (zh) 一种回转工作台部件综合性能检测平台及检测方法
CN105783837B (zh) 一种第三代汽车轮毂轴承轴向游隙自动化测量装置
CN105334057B (zh) 在线模拟动静态切削力的电主轴可靠性试验装置
CN201535712U (zh) Xyz三轴全自动按键荷重曲线试验机
CN101138926A (zh) 一种仿形激光雕刻加工方法及其激光雕刻机
CN100412499C (zh) 薄板多点自动测厚装置
CN206002306U (zh) 丝杠、导轨应用系统模拟工况实验台
CN102706315A (zh) 平台台面的平面度测量装置及测量方法
CN201009620Y (zh) 具有仿形雕刻功能的激光雕刻机
CN104502097B (zh) 滚珠丝杠副电动耦合伺服加载装置
CN108627309A (zh) 一种用于机床的非线性刚度测量方法及装置
CN108956006A (zh) 小力值测量仪器快速检定校准系统
CN207066741U (zh) 一种模拟刀具切削力的加载实验装置
CN102175132B (zh) 全自动土工合成材料厚度测定仪
CN107116374A (zh) 一种具有激光测振功能的数控机床主轴刀柄及测振方法
CN101487790A (zh) 薄板类木质材料力学性能快速测量装置及测量方法
CN206523292U (zh) 一种回转工作台部件综合性能检测平台
CN116379986A (zh) 一种活塞内销座位置度快速检测装置及方法
CN101187623A (zh) 适用于扩管成形加工中多轴应力状态动摩擦系数测量装置
CN106405130A (zh) 一种自动化刚性测试系统及测试方法
CN217637153U (zh) 直升机主减速器下机闸壳体平行度和同轴度的检测装置
CN207300175U (zh) 一种光栅位移传感器
CN216954472U (zh) 一种汽车模具表面平整度检测设备
CN108645710A (zh) 一种手轮式测量混凝土脱模性能的装置及方法
CN108562425A (zh) 滚齿机刀架测试平台及其测试方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20221012

Address after: Room B51, Jiali Hotel, No. 21, Jiuxianqiao Road, Chaoyang District, Beijing 100016

Patentee after: Beijing Kexin Electromechanical Technology Research Institute Co.,Ltd.

Address before: 100192 Beijing city Haidian District Qinghe small Camp Road No. 12

Patentee before: BEIJING INFORMATION SCIENCE AND TECHNOLOGY University