一种加工中心三向静刚度测试系统及测试方法转让专利
申请号 : CN202110369908.X
文献号 : CN112763168B
文献日 : 2021-07-09
发明人 : 曹林峰 , 杜龙泉
申请人 : 山东沂工机械有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种加工中心三向静刚度测试系统,其特征在于,包括工作平台(1)、用于施加载荷的假刀(6)、设置在工作平台(1)上方用于对假刀(6)施加静载荷的检测机构(4)和数据采集处理器(7);
所述检测机构(4)包括检测平台(41)、对称设置在检测平台(41)上端的两个固定块(42)和转动设置在检测平台(41)上方的检测板(45),两个所述固定块(42)之间设有半圆环导轨(43),两个所述半圆环导轨(43)的中部滑动的设有滑套(44),所述检测板(45)的两端与两个滑套(44)相连接,所述检测板(45)的上端设有检测组件(5),所述检测平台(41)的上端还设有环形齿块(46),右侧所述滑套(44)的一侧设有驱动组件(47);
所述驱动组件(47)包括壳体(471)、设置在壳体(471)一侧的第一驱动电机(472)和转动设置在壳体(471)内部的第一蜗杆(473)与第一驱动齿轮(474),所述第一驱动电机(472)的输出端与第一蜗杆(473)的一端连接,所述第一蜗杆(473)与第一驱动齿轮(474)相互啮合,所述第一驱动齿轮(474)与检测平台(41)上端设置的环形齿块(46)相互啮合;
所述检测组件(5)包括设置在检测板(45)上端一侧的静载荷施加组件(51)与挡块(53)以及滑动设置在检测板(45)上端另一侧的位移检测组件(52),所述挡块(53)靠近静载荷施加组件(51)的一端设有压力传感器(54);
所述静载荷施加组件(51)包括滑动设置在检测板(45)上端一侧的滑动块(511),所述滑动块(511)的内部滑动的设有T型顶杆(512)和U型顶杆(514),所述滑动块(511)的内部对称转动的设置有从动齿轮(513),所述T型顶杆(512)的两端设有齿条,且与从动齿轮(513)相互啮合,所述U型顶杆(514)靠近从动齿轮(513)的一侧设有齿条,且U型顶杆(514)内侧的齿条与从动齿轮(513)相互啮合,所述T型顶杆(512)的头部通过螺纹连接有球型顶块(5121),所述U型顶杆(514)远离滑动块(511)的一端设有圆台型顶块(5141),所述滑动块(511)的上端设有机壳(515),所述机壳(515)的一端设有第二驱动电机(516),所述机壳(515)的内部转动设有第二蜗杆(517)和第二从动蜗轮(518),所述第二驱动电机(516)的输出端与第二蜗杆(517)的一端连接,所述第二蜗杆(517)和第二从动蜗轮(518)相互啮合,所述T型顶杆(512)靠近第二从动蜗轮(518)的一端也设有齿块,且齿块与第二从动蜗轮(518)相互啮合;
所述位移检测组件(52)包括滑块(521)和设置在滑块(521)上端的电涡流位移传感器(522),所述滑块(521)通过定位螺栓固定在检测板(45)的上端。
2.根据权利要求1所述的一种加工中心三向静刚度测试系统,其特征在于,所述工作平台(1)的上端通过定位螺栓设有平面位移微调平台(2),所述平面位移微调平台(2)的上端设有调平组件(3),所述调平组件(3)包括均布设置在平面位移微调平台(2)上端的四根调节丝杆(31),所述调节丝杆(31)的上端通过螺纹连接套设有调节套筒(32),四个所述调节套筒(32)的上端通过球铰座连接有检测平台(41)。
3.根据权利要求1所述的一种加工中心三向静刚度测试系统,其特征在于,所述T型顶杆(512)、U型顶杆(514)、压力传感器(54)和电涡流位移传感器(522)均在同一水平面内。
4.根据权利要求1所述的一种加工中心三向静刚度测试系统,其特征在于,所述压力传感器(54)和电涡流位移传感器(522)的信号输出端与数据采集处理器(7)的输入端相连接,所述数据采集处理器(7)的输出端与第一驱动电机(472)和第二驱动电机(516)的信号输入端连接。
5.根据权利要求1所述的一种加工中心三向静刚度测试系统,其特征在于,所述检测板(45)的中部开设有用于放置假刀(6)的凹孔。
6.根据权利要求1所述的一种加工中心三向静刚度测试系统,其特征在于,所述假刀(6)的刀头为球状,并经调质处理。
7.根据权利要求1所述的一种加工中心三向静刚度测试系统的测试方法,其特征在于,包括下列步骤:
a.先将电涡流位移传感器(522)通过定位螺栓安装到检测板(45)上适当位置,然后通过调平组件(3)将检测平台(41)调至水平,再将假刀(6)安装到机床主轴上,调节主轴位置,将假刀(6)刀头的中心高度调节至与球型顶块(5121)的中心高度等高,固定主轴位置,通过调节平面位移微调平台(2)使得假刀(6)刀头的铅垂线与检测板(45)中部凹孔的圆心重合;
b.将压力传感器(54)和电涡流位移传感器(522)与数据采集处理器(7)通过数据线连接,再将第一驱动电机(472)和第二驱动电机(516)与数据采集处理器(7)通过数据线连接,完成测量准备工作;
c.将初始时测量的静刚度方向记为X轴静刚度Kx,并记录此时的压力传感器(54)对应的读数为Fx0及电涡流位移传感器(522)的读数为Lx0,作为初始读数,启动静载荷施加组件(51)内部的第二驱动电机(516)后,通过压力传感器(54)采集得到对应方向的作用力记为Fx1~Fxn,通过电涡流位移传感器(522)采集得到假刀(6)对应的位移变化量记为Lx1~Lxn;
d.启动第一驱动电机(472),使得检测组件(5)转动π/2个弧度,将这时测量的静刚度方向记为Y轴静刚度Ky,并记录此时的压力传感器(54)对应的读数为Fy0及电涡流位移传感器(522)的读数为Ly0,作为初始读数,启动静载荷施加组件(51)内部的第二驱动电机(516)后,通过压力传感器(54)采集得到对应方向的作用力记为Fy1~Fyn,通过电涡流位移传感器(522)采集得到假刀(6)对应的位移变化量记为Ly1~Lyn;
e.将上述多组有效数据代入加工中心主轴静刚度检测公式:K=Fr/δ既K=(Fxn‑Fxn‑1)/(Lxn‑Lxn‑1)或K=(Fyn‑Fyn‑1)/(Lyn‑Lyn‑1);
式中:K一加工中心主轴静刚度;
Fr一加工中心主轴径向载荷;
δ一加工中心主轴径向位移。
说明书 :
一种加工中心三向静刚度测试系统及测试方法
技术领域
背景技术
Y方向的刚度称为径向刚度,Z方向(与主轴轴心线重合)的刚度称为轴向刚度。一般情况,径
向刚度远比轴向刚度重要,是衡量主轴单元刚度的重要指标,通常用来代替主轴的刚度。
配套的控制系统(如压力控制系统)及控制逻辑电路来完成工作,附件太多安装较为繁琐从
而导致整体检测速度过慢,而且这种施力装置不适用于小型加工中心的静刚度测试,通用
性较差。
发明内容
中部滑动的设有滑套,所述检测板的两端与两个滑套相连接,所述检测板的上端设有检测
组件,所述检测平台的上端还设有环形齿块,右侧所述滑套的一侧设有驱动组件;
一蜗杆与第一驱动齿轮相互啮合,所述第一驱动齿轮与检测平台上端设置的环形齿块相互
啮合;
感器;
顶杆的两端设有齿条,且与从动齿轮相互啮合,所述U型顶杆靠近从动齿轮的一侧设有齿
条,且U型顶杆内侧的齿条与从动齿轮相互啮合,所述T型顶杆的头部通过螺纹连接有球型
顶块,所述U型顶杆远离滑动块的一端设有圆台型顶块,所述滑动块的上端设有机壳,所述
机壳的一端设有第二驱动电机,所述机壳的内部转动设有第二蜗杆和第二从动蜗轮,所述
第二驱动电机的输出端与第二蜗杆的一端连接,所述第二蜗杆和第二从动蜗轮相互啮合,
所述T型顶杆靠近第二从动蜗轮的一端也设有齿块,且齿块与第二从动蜗轮相互啮合;
丝杆,所述调节丝杆的上端通过螺纹连接套设有调节套筒,四个所述调节套筒的上端通过
球铰座连接有检测平台。
接。
将假刀刀头的中心高度调节至与球型顶块的中心高度等高,固定主轴位置,通过调节平面
位移微调平台使得假刀刀头的铅垂线与检测板中部凹孔的圆心重合。
第二驱动电机后,通过压力传感器采集得到对应方向的作用力记为Fx1~Fxn,通过电涡流位
移传感器采集得到假刀对应的位移变化量记为Lx1~Lxn。
Ly0,作为初始读数,启动静载荷施加组件内部的第二驱动电机后,通过压力传感器采集得
到对应方向的作用力记为Fy1~Fyn,通过电涡流位移传感器采集得到假刀对应的位移变化量
记为Ly1~Lyn。
用于小型加工中心的静刚度测试,而且测试系统能够对主轴的位移变化做出快速的反应,
不会损坏加工中心内部的精密零部件。
置,加快了整体检测的时间,通过平面位移微调平台和调平组件确保了检测时的数据可靠
有效。
附图说明
轨;44、滑套;45、检测板;46、环形齿块;47、驱动组件;471、壳体;472、第一驱动电机;473、第
一蜗杆;474、第一驱动齿轮;51、静载荷施加组件;52、位移检测组件;521、滑块;522、电涡流
位移传感器;53、挡块;54、压力传感器;511、滑动块;512、T型顶杆;5121、球型顶块;513、从
动齿轮;514、U型顶杆;5141、圆台型顶块;515、机壳;516、第二驱动电机;517、第二蜗杆;
518、第二从动蜗轮。
具体实施方式
于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以
特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
载荷的检测机构4和数据采集处理器7;
轨43的中部滑动的设有滑套44,检测板45的两端与两个滑套44相连接,检测板45的上端设
有检测组件5,检测平台41的上端还设有环形齿块46,右侧滑套44的一侧设有驱动组件47;
473的一端连接,第一蜗杆473与第一驱动齿轮474相互啮合,第一驱动齿轮474与检测平台
41上端设置的环形齿块46相互啮合;
压力传感器54;
513,T型顶杆512的两端设有齿条,且与从动齿轮513相互啮合,U型顶杆514靠近从动齿轮
513的一侧设有齿条,且U型顶杆514内侧的齿条与从动齿轮513相互啮合,T型顶杆512的头
部通过螺纹连接有球型顶块5121,U型顶杆514远离滑动块511的一端设有圆台型顶块5141,
滑动块511的上端设有机壳515,机壳515的一端设有第二驱动电机516,机壳515的内部转动
设有第二蜗杆517和第二从动蜗轮518,第二驱动电机516的输出端与第二蜗杆517的一端连
接,第二蜗杆517和第二从动蜗轮518相互啮合,T型顶杆512靠近第二从动蜗轮518的一端也
设有齿块,且齿块与第二从动蜗轮518相互啮合;
节丝杆31,调节丝杆31的上端通过螺纹连接套设有调节套筒32,四个调节套筒32的上端通
过球铰座连接有检测平台41。
号输入端连接,数据采集处理器7的信号输出端还与显示屏的信号输入端连接。
调节主轴位置,将假刀6刀头的中心高度调节至与球型顶块5121的中心高度等高,固定主轴
位置,通过调节平面位移微调平台2使得假刀6刀头的铅垂线与检测板45中部凹孔的圆心重
合。
准备工作。
51内部的第二驱动电机516后,通过压力传感器54采集得到对应方向的作用力记为Fx1~Fxn,
通过电涡流位移传感器522采集得到假刀6对应的位移变化量记为Lx1~Lxn。
522的读数为Ly0,作为初始读数,启动静载荷施加组件51内部的第二驱动电机516后,通过
压力传感器54采集得到对应方向的作用力记为Fy1~Fyn,通过电涡流位移传感器522采集得
到假刀6对应的位移变化量记为Ly1~Lyn。
动调节套筒32将检测平台41调至水平,将假刀6安装到机床主轴上,调节主轴位置,将假刀6
刀头的中心高度调节至与球型顶块5121的中心高度等高,固定主轴位置,启动第一驱动电
机472,第一驱动电机472驱使第一蜗杆473转动,第一蜗杆473驱使第一驱动齿轮转动,从而
使得滑套44在半圆环导轨43的中部滑动,进一步使得检测板45转动一定的角度,通过电涡
流位移传感器522对假刀6进行测距,将数据传输给数据采集处理器7,数据采集处理器7通
过处理确定假刀6在平面内的位置后将数据传输给显示器,然后在通过平面位移微调平台2
再次调整检测机构4的平面位置,使得假刀6的中心线与检测板45中部凹孔的圆心重合,
内部的第二驱动电机516,第二驱动电机516驱使第二蜗杆517转动,从而使得第二从动蜗轮
518转动,第二从动蜗轮518驱使T型顶杆512伸出,进一步使得两个从动齿轮513转动,从动
齿轮513进而驱使U型顶杆514伸出,球型顶块5121对假刀6的中心进行挤压,圆台型顶块
5141对压力传感器54进行挤压,根据牛顿第三定律既对假刀6的作用力等于对压力传感器
54的作用力,球型顶块5121与假刀6的点对点接触消除了齿轮啮合之间的虚位移,通过压力
传感器54采集得到对应方向的作用力记为Fx1~Fxn,通过电涡流位移传感器522采集得到假
刀6对应的位移变化量记为Lx1~Lxn,并在显示器中绘制出δ随Fr变化而变化的图像,当观察
图像上的为有固定斜率的直线后,反转第二驱动电机516使得球型顶块5121与假刀6脱离,
的读数为Ly0,作为初始读数,启动静载荷施加组件51内部的第二驱动电机516后,通过压力
传感器54采集得到对应方向的作用力记为Fy1~Fyn,通过电涡流位移传感器522采集得到假
刀6对应的位移变化量记为Ly1~Lyn,并在显示器中绘制出δ随Fr变化而变化的图像,当观察
图像上的为有固定斜率的直线后,反转第二驱动电机516使得球型顶块5121与假刀6脱离,
然后将上述多组有效数据代入加工中心主轴静刚度检测公式;
发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。