CN110103078A - 一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置，包括设置在车床刀架上用于测量刀具受到的背向力的测力装置，测力装置与主机电连接，主机上还电连接有用于检测工件的径向变形量的变形量测量装置，变形量测量装置外置于车床设置，主机上还电连接有显示器和控制面板，显示器和主机分别通过控制开关电连接供电电源。本发明可以直接测定出工艺系统动刚度，可不需要再在静止状态下近似模拟测定刚度，也可不再需要使用繁琐的理论推导来进行计算，在工作状态下通过实验方法即可直接测出工艺系统动刚度，测定过程简单，方便推广应用，对相关教学及科研有很大的促进作用。
Description
技术领域
本发明属于机械动力学技术领域，具体涉及一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置。
背景技术
在机械加工中，由机床、夹具、刀具和工件构成了一个完整的工艺系统，工艺系统的刚度是评价工艺系统的重要参数，是直接影响加工精度的。根据工艺系统是处于静止状态还是工作状态之分，刚度分静刚度和动刚度。静刚度是在工艺系统静止情况下近似模拟工作状态所测定的工艺系统刚度，相比较而言，动刚度更应能较准确的反映工艺系统的实际刚度。在普通车床上的卡盘、尾座、工件和刀架是最典型的工艺系统，目前在普通车床上测定工艺系统刚度的研究以静刚度测定较多，动刚度测定研究相对较少，仅有的对动刚度测定的研究还大多处于理论推导计算等方式，过程复杂，难以实际运用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置，以解决现有技术的不足。
本发明的技术方案是：
一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置，包括设置在车床刀架上用于测量刀具受到的背向力的测力装置，所述测力装置与主机电连接，所述主机上还电连接有用于检测工件的径向变形量的变形量测量装置，所述变形量测量装置外置于车床设置，所述主机上还电连接有显示器和控制面板，所述显示器和主机分别通过控制开关电连接供电电源；
所述测力装置将测得的背向力信号送入主机，变形量测量装置将测出的径向变形量信号同步送入主机，所述主机用于实时接收测力装置和变形量测量装置送入的测量信号，对测量信号进行实时计算后进行存储，并同步的显示在显示器上。
优选的，所述测力装置包括切削力测量仪，所述切削力测量仪内置在车床刀架内。
优选的，所述测力装置包括测力传感器，测力传感器内置在车床刀架内。
优选的，所述变形量测量装置是激光位移传感器。
优选的，变形量测量装置和主机之间的连接电路上设置有用于放大背向力检测信号的信号放大器。
使用本发明测量动刚度的方法包括以下步骤：
S61、将测力装置、变形量测量装置与仪表箱后端电连接端连接，接通电源；
S62、将测力传感器、激光位移传感器的测量值归零；
S63、开动机床，使用专用刀架开始加工工件；
S64、测力传感器、激光位移传感器的测量值同步实时传送至主机，进行实时计算处理，并将测力传感器、激光位移传感器的测量值和系统动刚度K的计算值通过显示器进行实时显示。
与现有技术相比，本发明提供的一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置，可以利用本装置直接测定出工艺系统动刚度，可不需要再在静止状态下近似模拟测定刚度，也可不再需要使用繁琐的理论推导来进行计算，在工作状态下通过实验方法即可直接测出工艺系统动刚度，测定过程简单，方便推广应用，对相关教学及科研有很大的促进作用。
附图说明
图1为本发明的试验装置的整体结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置，下面结合图1的结构示意图，对本发明进行说明。
如图1所示，一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置，包括设置在车床刀架上用于测量刀具受到的背向力的测力装置，所述测力装置与主机电连接，所述主机上还电连接有用于检测工件的径向变形量的变形量测量装置，所述变形量测量装置外置于车床设置，所述主机上还电连接有显示器和控制面板，所述显示器和主机分别通过控制开关电连接供电电源；
所述测力装置将测得的背向力信号送入主机，变形量测量装置将测出的径向变形量信号同步送入主机，所述主机用于实时接收测力装置和变形量测量装置送入的测量信号，对测量信号进行实时计算后进行存储，并同步的显示在显示器上。
其中，变形量测量装置外置于车床设置的目的，是为了避免机床振动的影响，防止振动对测量精度的影响。
作为本发明的进一步的优选实施例，所述测力装置包括切削力测量仪，所述切削力测量仪内置在车床刀架内。
具体的，切削力测量仪优选为重庆迪佳科技的三相切削力测量仪DJ-CL-1。
作为本发明的进一步的优选实施例，测力装置包括测力传感器，所述测力传感器内置在车床刀架上。
具体的，测力传感器优选为动测系统有限公司的测力传感器的CT4。
作为本发明的进一步的优选实施例，所述变形量测量装置的主要构成是激光位移传感器。
具体的，激光位移传感器优选为意大利JULIGHT公司的的激光三角位移传感器LT10030。
作为本发明的进一步的优选实施例，变形量测量装置和主机之间的连接电路上设置有用于放大背向力检测信号的信号放大器。
具体的，信号放大器的型号优选为AD22055。
具体的，主机CPU至少是英特尔酷睿i5或者其他与英特尔酷睿i5性能相当的处理器。
使用本发明测量动刚度的方法包括以下步骤：
S61、将测力装置、变形量测量装置与仪表箱后端电连接端连接，接通电源；
S62、将测力传感器、激光位移传感器的测量值归零；
S63、开动机床，使用专用刀架开始加工工件；
S64、测力传感器、激光位移传感器的测量值同步实时传送至主机，进行实时计算处理，并将测力传感器、激光位移传感器的测量值和系统动刚度K的计算值通过显示器进行实时显示。
如图1所示，激光位移传感器所发射的激光束与刀架上的刀具刀尖所受的背向力相对，对于工件轴线在水平面内对称，同时根据所选激光位移传感器激光束的射程，依次就可以确定激光位移传感器的具体安装位置。
具体的，主机包括以CPU为主的集成电路，将测力装置所测的背向力FP的及变形量测量装置所测的变形量y经过放大、A/D转换等功能模块处理后引入到CPU中，在CPU中根据公式刚度K＝Fp/y计算出工艺系统刚度，并输出显示在显示器上，配套控制面板用于输入外部指令，并实时显示背向力FP、变形量y和刚度K等数据。
本发明的工作原理：
基于普通车床的工艺系统在工作时，工件高速旋转，内置于刀架的测力装置将测得的背向力FP信号送入主机，在主机内部对FP信号进行放大、A/D转换等功能模块处理后送入CPU进行处理，同时，激光位移传感器所发射的激光束照射到与刀具刀尖在同一轴线位置处的工件外圆表面，将测出旋转工件的径向变形量y信号数据送入主机中，通过主机内部的数据采集卡模块对变形量y数据同样进行放大、A/D转换等功能模块处理后送CPU进行处理，CPU处理背向力Fp、变形量y等信号数据时，主要实现以下功能：
(1)对采集的背向力Fp、变形量y要确保数据与工作状态同步，此时测定出的刚度K才是有意义的。
(2)对采集的数据，根据刚度公式K＝Fp/y计算处理后得出系统刚度K。
(3)对相关数据背向力Fp、变形量y、刚度K输出显示。
(4)中央CPU与控制面板能够实现数据交互，人机对话功能。
使用过程中，因测力装置内置有传感器，切削过程中如果需要加载和减载，应缓慢进行，以防加载过快导致传感器超载而损坏。此外，因变形量测量装置主要构成是激光位移传感器，是精密仪器，须妥善保管、轻拿轻放，严禁拉扯传感器信号线，严禁将水、油污等液体喷洒到传感器上，否则会使传感器性能不稳，甚至会停止工作。
使用前，将测力装置、变形量测量装置与仪表箱后端电连接端连接，接通电源，仪表即可进入测量界面，可以利用显示器和控制面板进行人机交互，测量时，先将系统的各个参数即将测力传感器、激光位移传感器的测量值归零，归零后，开动机床，使用专用刀架开始加工工件，同时，测力传感器、激光位移传感器的测量值和系统动刚度K的计算值也将通过显示器进行实时显示。
本发明提供的一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置，可以利用本装置直接测定出工艺系统动刚度，可不需要再在静止状态下近似模拟测定刚度，也可不再需要使用繁琐的理论推导来进行计算，在工作状态下通过实验方法即可直接测出工艺系统动刚度，测定过程简单，方便推广应用，对相关教学及科研有很大的促进作用。
以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置，其特征在于，包括设置在车床刀架上用于测量刀具受到的背向力的测力装置，所述测力装置与主机电连接，所述主机上还电连接有用于检测工件的径向变形量的变形量测量装置，所述变形量测量装置外置于车床设置，所述主机上还电连接有显示器和控制面板，所述显示器和主机分别通过控制开关电连接供电电源；
所述测力装置将测得的背向力信号送入主机，变形量测量装置将测出的径向变形量信号同步送入主机，所述主机用于实时接收测力装置和变形量测量装置送入的测量信号，对测量信号进行实时计算后进行存储，并同步的显示在显示器上。
2.如权利要求1所述的一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置，其特征在于，所述测力装置包括切削力测量仪，所述切削力测量仪内置在车床刀架内。
3.如权利要求1所述的一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置，其特征在于，所述测力装置包括测力传感器，测力传感器内置在车床刀架内。
4.如权利要求1所述的一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置，其特征在于，所述变形量测量装置是激光位移传感器。
5.如权利要求1所述的一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置，其特征在于，所述变形量测量装置和主机之间的连接电路上设置有用于放大背向力检测信号的信号放大器。
6.如权利要求1所述的一种基于普通车床的工艺系统的动刚度测定装置，其特征在于，测量动刚度的方法包括以下步骤：
S61、将测力装置、变形量测量装置与仪表箱后端电连接端连接，接通电源；
S62、将测力传感器、激光位移传感器的测量值归零；
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