CN114682836B - 微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置 - Google Patents

微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置，包括力锤、滑动结构、导向结构、碰撞组件、加速度传感器和信号采集系统。其中，力锤用于敲击微细铣削系统的铣刀。滑动结构与力锤固定相连，用于带动力锤靠近和远离铣刀。导向结构与滑动结构滑动相连，用于使滑动结构沿直线运动。碰撞组件包括固定于滑动结构上的第一碰撞头和固定于导向结构上的第二碰撞头。加速度传感器用于固定在铣刀上，信号采集系统同时与力锤、加速度传感器电连接。滑动结构向铣刀运动时，力锤与铣刀先接触，第一碰撞头与第二碰撞头后接触，以避免造成力锤与铣刀的二次连击。相比于现有技术，本发明能够实现力锤的精确敲击和加速度传感器信号捕捉测量。

Description

微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置
技术领域
本发明涉及测试技术领域，特别是涉及一种微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置。
背景技术
通过传感器和数据采集设备获得系统模态参数的过程，称为模态实验。微细铣削系统模态实验一般采用力锤激励铣刀，用激光测振仪测量铣刀刀尖的振动位移。由于激光测振仪的焦点是固定的，且其焦点的位置在定位时很难聚焦到铣刀的母线上，导致测量结果出现偏差。同时，力锤操作者为测试工程师，因而激励力的方向和锤击点位置受人为因素影响严重。并且，锤击过程中由于铣刀的振动响应非常迅速，导致力锤来不及从锤击点移开，不可避免的造成二次连击现象。
发明内容
本发明的目的是提供一种微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置，实现微细铣削系统模态实验过程中力锤的精确敲击和加速度传感器信号捕捉测量。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明公开了一种微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置，包括：
力锤，所述力锤用于敲击微细铣削系统的铣刀；
与所述力锤固定相连的滑动结构；
与所述滑动结构滑动相连的导向结构，所述导向结构用于使所述滑动结构沿直线运动；
碰撞组件，所述碰撞组件包括固定于所述滑动结构上的第一碰撞头和固定于所述导向结构上的第二碰撞头；所述滑动结构向所述铣刀移动时，所述第一碰撞头能够与所述第二碰撞头碰撞接触，使所述滑动结构向远离所述铣刀的一侧移动；
用于固定在所述铣刀刀尖上的加速度传感器；
信号采集系统，所述信号采集系统同时与所述力锤、所述加速度传感器电连接；
其中，所述滑动结构向所述铣刀运动时，所述力锤与所述铣刀先接触，所述第一碰撞头与所述第二碰撞头后接触，以避免所述力锤与所述铣刀二次连击。
优选地，还包括金属片，所述金属片用于焊接固定在所述铣刀上，所述加速度传感器粘附在所述金属片上。
优选地，还包括用于调节所述导向结构的角度的第一角度调节装置，所述第一角度调节装置包括：
固定件；
与所述固定件转动相连的转动件，所述转动件与所述导向结构固定相连；
与所述固定件螺纹连接的第一连杆，所述第一连杆的第一端能够与所述转动件滑动接触，以推动所述转动件旋转。
优选地，还包括与所述第一连杆固定相连的第一旋钮，所述第一旋钮与所述第一连杆同轴设置。
优选地，所述转动件上设有弧形槽，所述弧形槽的圆心为所述转动件的转动中心；所述固定件上设有限位杆，所述限位杆伸入所述弧形槽内。
优选地，还包括用于调节所述固定件的角度的第二角度调节装置，所述第二角度调节装置包括第一支杆、第二支杆、接头、支座、棘轮和棘爪；所述第一支杆的第一端与所述固定件固定相连，所述第一支杆的第二端与所述第二支杆的第一端通过扭矩铰链铰接，所述第二支杆的第二端与所述接头通过扭矩铰链铰接，所述接头与所述支座转动相连；所述棘轮固定于所述接头上，所述棘爪安装于所述支座上，所述棘轮与所述棘爪相互配合以使所述接头单向转动。
优选地，所述支座包括U型块和第二连杆，所述U型块具有第一侧壁和第二侧壁，所述第二连杆穿过所述第一侧壁且与所述第一侧壁螺纹连接。
优选地，还包括与所述第二连杆固定相连的第二旋钮，所述第二旋钮与所述第二连杆同轴设置。
优选地，所述导向结构包括导轨和挡板，所述挡板与所述导轨固定相连，所述第二碰撞头固定于所述挡板上；所述滑动结构包括滑块，所述滑块滑动安装于所述导轨上，所述力锤固定于所述滑块上。
优选地，所述导轨包括两个且相互平行，所述挡板包括两个且相互平行，所述导轨与所述挡板围成矩形；所述滑块包括两个，两个所述滑块分别滑动安装于两个所述导轨上，所述力锤的锤头和锤柄分别固定在两个所述滑块上；所述滑动结构还包括连接板，所述连接板的两端分别与两个所述滑块固定相连。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
将滑动结构向铣刀方向推出后，力锤的锤头以一定的速度撞击在铣刀上。锤头先与铣刀接触，完成对铣刀的激励。之后，第一碰撞头与第二碰撞头接触。第一碰撞头与第二碰撞头的碰撞使力锤向远离铣刀的一侧运动，从而避免造成力锤与铣刀的二次连击。并且，当导向结构的位置和方向确定后，通过导向结构的导向作用，可保证力锤的锤击点在铣刀的同一位置，并保证力锤的施力方向不变。采用加速度传感器测量输出信号，在不影响系统模态的条件下，测得的输出信号相比较于激光测振仪更加准确。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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为本实施例微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置的示意图；
图2为图1中A部分的放大图；
图3为图1中部分结构示意图；
图4为第一角度调节装置的示意图；
附图标记说明：1-机床主轴；2-金属片；3-加速度传感器；4-力锤；5-滑动结构；6-导向结构；7-第一角度调节装置；8-第二角度调节装置；9-信号采集系统；11-刀柄；12-铣刀；31-第一信号线；41-第二信号线；51-连接板；52-第一碰撞头；61-第一导轨；62-第二导轨；63-第二碰撞头；71-转动件；72-第一旋钮；73-第一连杆；74-固定件；81-第一支杆；82-第二支杆；83-接头；84-U型块。
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。
本发明的目的是提供一种微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置，实现微细铣削系统模态实验过程中力锤的精确敲击和加速度传感器信号捕捉测量。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明。
参照图1～图4，本实施例提供一种微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置(以下简称为辅助装置)，包括力锤4、滑动结构5、导向结构6、碰撞组件、加速度传感器3和信号采集系统9。
其中，力锤4用于敲击的铣刀12，使铣刀12产生振动。微细铣削系统包括机床主轴1、刀柄11和铣刀12，铣刀12固定于刀柄11上，刀柄11固定于机床主轴1上。滑动结构5与力锤4固定相连，用于带动力锤4靠近和远离铣刀12。导向结构6与滑动结构5滑动相连，用于使滑动结构5沿直线运动。碰撞组件包括固定于滑动结构5上的第一碰撞头52和固定于导向结构6上的第二碰撞头63。滑动结构5向铣刀12移动时，第一碰撞头52能够与第二碰撞头63碰撞接触，使滑动结构5向远离铣刀12的一侧移动。作为一种可能的示例，第一碰撞头52和第二碰撞头63均优选为半球状，且两者的轴线重合，两者的尖端相对。加速度传感器3用于固定在铣刀12上，信号采集系统9同时与力锤4、加速度传感器3电连接，此处的电连接包括通过信号线连接和无线通信连接。本实施例中，加速度传感器3与信号采集系统9通过第一信号线31相连，力锤4与信号采集系统9通过第二信号线41相连。滑动结构5向铣刀12运动时，力锤4与铣刀12先接触，第一碰撞头52与第二碰撞头63后接触，以避免造成力锤4与铣刀12二次连击。力锤4在使用时，优选为使锤头的轴线垂直于铣刀12的轴线。
该辅助装置在使用时，先调整导向结构6的位置和角度，使力锤4在朝向铣刀12运动时能够敲击铣刀12，之后通过人工或推出机构将滑动结构5向铣刀12方向推出，使力锤4的锤头以一定的速度撞击在铣刀12上。力锤4的锤头先与铣刀12接触，完成对铣刀12的激励。之后，第一碰撞头52与第二碰撞头63接触。第一碰撞头52与第二碰撞头63的碰撞使力锤4向远离铣刀12的一侧运动，从而避免造成力锤4与铣刀12的二次连击。当导向结构6的位置和方向确定后，通过导向结构6的导向作用，可保证力锤4的锤击点在铣刀12的同一位置，并保证力锤4的施力方向不变。加速度传感器3可对铣刀12振动时的加速度进行采集，并传输至信号采集系统9，力锤4可将撞击力的数据传输至信号采集系统9。需要说明的是，第一碰撞头52与第二碰撞头63优选为金属头，以实现刚性碰撞，缩短第一碰撞头52与第二碰撞头63接触的时间。
加速度传感器3的安装方式有多种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。本实施例中，该辅助装置还包括金属片2(例如钢片)，金属片2用于焊接固定在铣刀12的刀尖上，加速度传感器3粘附在金属片2上。加速度传感器3和金属片2的重量和体积应尽可能小，以减小加速度传感器3和金属片2对铣刀12振动的影响。
进一步的，本实施例的辅助装置还包括用于调节导向结构6的角度的第一角度调节装置7，第一角度调节装置7包括固定件74、转动件71、第一连杆73和第一旋钮72。其中，转动件71与固定件74转动相连，转动件71与导向结构6固定相连。第一连杆73与固定件74螺纹连接，第一连杆73的第一端能够与转动件71滑动接触，以推动转动件71旋转。作为一种可能的示例，参照图4，转动件71为偏心件，转动件71的重心偏离其转动中心，第一连杆73向转动件71推出时，使转动件71沿某方向旋转。第一连杆73缩回时，转动件71在重力作用下沿与该方向相反的方向旋转。作为又一种可能的示例，第一连杆73上可以间隔设置推板和拉板，转动件71上可以设置销轴，使销轴位于推板和拉板之间。销轴同时与推板和拉板滑动接触，推板和拉板均与第一连杆73垂直。采用该结构，既可以将转动件71推出，也可以将转动件71拉回。
为了便于旋转第一连杆73，本实施例的辅助装置还包括与第一连杆73固定相连的第一旋钮72，第一旋钮72与第一连杆73同轴设置。
为了便于限制转动件71的转动角度，本实施例中，转动件71上设有弧形槽，弧形槽的圆心为转动件71的转动中心，固定件74上设有限位杆，限位杆伸入弧形槽内，弧形槽对应的圆心角即转动件71的最大转角。
进一步的，本实施例的辅助装置还包括用于调节固定件74的角度的第二角度调节装置8，第二角度调节装置8包括第一支杆81、第二支杆82、支座、棘轮和棘爪。第一支杆81的第一端与固定件74固定相连，第一支杆81的第二端与第二支杆82的第一端通过扭矩铰链铰接，第二支杆82的第二端与接头83通过扭矩铰链铰接，接头83与支座转动相连。棘轮固定于接头83上，棘爪安装于支座上，棘轮与棘爪相互配合以使接头83单向转动。扭矩铰链在旋转后可以锁紧，从而实现角度调整。棘轮与棘爪的配合能够改变接头83相对于支座的转角，并能够锁定该角度。从而实现角度的进一步调整。
支座的类型有多种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。本实施例中，支座包括U型块84和第二连杆，U型块84具有第一侧壁和第二侧壁，第二连杆穿过第一侧壁且与第一侧壁螺纹连接。使用时，可使某固定不动的结构(例如桌沿)伸入第一侧壁与第二侧壁之间，通过旋转第二连杆的方式，使第二连杆顶紧该固定不动的结构，即可完成支座的固定。
为了便于旋转第二连杆，本实施例的辅助装置还包括与第二连杆固定相连的第二旋钮，第二旋钮与第二连杆同轴设置。
导向结构6的类型有多种，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，只要能够对滑动结构5进行导向即可。本实施例中，导向结构6包括导轨和挡板，挡板与导轨固定相连，第二碰撞头63固定于挡板上。滑动结构5包括滑块，滑块滑动安装于导轨上，力锤4固定于滑块上。
为了使力锤4的运动过程更平稳，本实施例中，导轨包括两个(即第一导轨61和第二导轨62)且相互平行，挡板包括两个且相互平行，导轨与挡板围成矩形(即每个挡板均同时与两个导轨固定相连)。滑块包括两个，两个滑块分别滑动安装于两个导轨上，力锤4的锤头和锤柄分别固定在两个滑块上。滑动结构5还包括连接板51，连接板51的两端分别与两个滑块固定相连。
本实施例中，第一碰撞头52和第二碰撞头63均包括两个，两个第一碰撞头52分别固定于两个滑块上，两个第二碰撞头63均固定于同一个挡板上。根据实际需要的不同，本领域技术人员也可选择其它数量的第一碰撞头52和第二碰撞头。
本说明书中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置，其特征在于，包括：
力锤，所述力锤用于敲击微细铣削系统的铣刀；
与所述力锤固定相连的滑动结构；
与所述滑动结构滑动相连的导向结构，所述导向结构用于使所述滑动结构沿直线运动；
碰撞组件，所述碰撞组件包括固定于所述滑动结构上的第一碰撞头和固定于所述导向结构上的第二碰撞头；所述滑动结构向所述铣刀移动时，所述第一碰撞头能够与所述第二碰撞头碰撞接触，使所述滑动结构向远离所述铣刀的一侧移动；
用于固定在所述铣刀刀尖上的加速度传感器；
信号采集系统，所述信号采集系统同时与所述力锤、所述加速度传感器电连接；
其中，所述滑动结构向所述铣刀运动时，所述力锤与所述铣刀先接触，所述第一碰撞头与所述第二碰撞头后接触，以避免所述力锤与所述铣刀二次连击。
2.根据权利要求1所述的微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置，其特征在于，还包括金属片，所述金属片用于焊接固定在所述铣刀上，所述加速度传感器粘附在所述金属片上。
3.根据权利要求1所述的微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置，其特征在于，还包括用于调节所述导向结构的角度的第一角度调节装置，所述第一角度调节装置包括：
固定件；
与所述固定件转动相连的转动件，所述转动件与所述导向结构固定相连；
与所述固定件螺纹连接的第一连杆，所述第一连杆的第一端能够与所述转动件滑动接触，以推动所述转动件旋转。
4.根据权利要求3所述的微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置，其特征在于，还包括与所述第一连杆固定相连的第一旋钮，所述第一旋钮与所述第一连杆同轴设置。
5.根据权利要求3所述的微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置，其特征在于，所述转动件上设有弧形槽，所述弧形槽的圆心为所述转动件的转动中心；所述固定件上设有限位杆，所述限位杆伸入所述弧形槽内。
6.根据权利要求3所述的微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置，其特征在于，还包括用于调节所述固定件的角度的第二角度调节装置，所述第二角度调节装置包括第一支杆、第二支杆、接头、支座、棘轮和棘爪；所述第一支杆的第一端与所述固定件固定相连，所述第一支杆的第二端与所述第二支杆的第一端通过扭矩铰链铰接，所述第二支杆的第二端与所述接头通过扭矩铰链铰接，所述接头与所述支座转动相连；所述棘轮固定于所述接头上，所述棘爪安装于所述支座上，所述棘轮与所述棘爪相互配合以使所述接头单向转动。
7.根据权利要求6所述的微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置，其特征在于，所述支座包括U型块和第二连杆，所述U型块具有第一侧壁和第二侧壁，所述第二连杆穿过所述第一侧壁且与所述第一侧壁螺纹连接。
8.根据权利要求7所述的微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置，其特征在于，还包括与所述第二连杆固定相连的第二旋钮，所述第二旋钮与所述第二连杆同轴设置。
9.根据权利要求1所述的微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置，其特征在于，所述导向结构包括导轨和挡板，所述挡板与所述导轨固定相连，所述第二碰撞头固定于所述挡板上；所述滑动结构包括滑块，所述滑块滑动安装于所述导轨上，所述力锤固定于所述滑块上。
10.根据权利要求9所述的微细铣削系统的刀具模态测量实验辅助装置，其特征在于，所述导轨包括两个且相互平行，所述挡板包括两个且相互平行，所述导轨与所述挡板围成矩形；所述滑块包括两个，两个所述滑块分别滑动安装于两个所述导轨上，所述力锤的锤头和锤柄分别固定在两个所述滑块上；所述滑动结构还包括连接板，所述连接板的两端分别与两个所述滑块固定相连。
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