專利名稱：加工中心整機相對動剛度測試系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一套動態(tài)測試系統(tǒng)，具體是一種大型數(shù)控加工中心整機相對動剛度測試系統(tǒng)，用于振動測試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
數(shù)控機床是關(guān)乎國民經(jīng)濟建設(shè)和國防工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)制造設(shè)備。隨著世界經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)的進步，高檔數(shù)控機床已成為世界各發(fā)達國家裝備制造業(yè)的主要工具，其性能、 品質(zhì)和數(shù)量已成為衡量國家工業(yè)化水平和綜合國力的重要標志。如何確保高精密加工中心的加工精度，是當前加工中心研發(fā)迫切需要解決的問題。振動問題是影響精密加工中心精度的一大因素，振動對加工精度、工件的表面質(zhì)量、加工中心的定位精度、加工中心的有效使用壽命等都有著極大的影響，是精密加工中心必須解決的問題之一。因此，加工中心工作過程中的整機相對動剛度在降低振動、提高加工精度過程中非常重要。所謂動剛度是指結(jié)構(gòu)在特定的動態(tài)激擾下抵抗變形的能力。靜載荷下抵抗變形的能力稱為靜剛度，動載荷下抵抗變形的能力稱為動剛度，即引起單位振幅所需要的動態(tài)力。機床動剛度是機床結(jié)構(gòu)抵抗激振力能力的指標。動剛度在數(shù)值上等于機床結(jié)構(gòu)產(chǎn)生單位振幅所需的激振力，其常用單位為牛/微米。動剛度越大，機床結(jié)構(gòu)在一定激振力作用下，產(chǎn)生的振幅越小，其抗振能力越好，但動剛度過高，則振動加速度過大，作用力會對機構(gòu)產(chǎn)生過大的沖擊，且會造成材料的浪費；動剛度過低，則抗振能力越差。以往加工中心的動態(tài)性能分析主要利用脈沖錘進行激振，測試系統(tǒng)靜止條件下的振動響應(yīng)，或者是工作過程中僅拾取振動響應(yīng)，分析整體的固有頻率及振動特性。以上第一種方法沒有分析加工中心工作過程中的振動特性，加工狀態(tài)下的與靜止狀態(tài)下的動態(tài)性能并不一致，在靜止工作時測的動剛度無法準確評估機床的實際性能。且采用力錘激振機床時，需要較大激振力，容易對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。盡管第二種方法避免了第一種方法的不足，但由于其測試過程中沒有測試切削力，未建立力與響應(yīng)的對應(yīng)關(guān)系，無法得出頻響函數(shù)來，實際上較難用于動剛度測試。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)難題是針對當前精密加工中心整機動態(tài)特性測試技術(shù)的不足，提出一種整機相對動剛度測試系統(tǒng)。該測試系統(tǒng)能夠監(jiān)測加工中心工作過程中主軸相對工作臺的振動情況，具有操作簡單、快速可靠等特點，能夠很好的應(yīng)用到生產(chǎn)現(xiàn)場的精密加工中心。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括力傳感器、位移傳感器、傳感器支架、電荷放大器、前置器、數(shù)據(jù)采集儀、分析系統(tǒng)。其連接關(guān)系為在測量時，加工中心正常加工工件，力傳感器設(shè)置在被加工工件的下部，位移傳感器通過放置在工作臺上的傳感器支架設(shè)置在加工中心ζ向距主軸端面10 15mm處，力傳感器的信號輸出端接到電荷放大器的輸入端，位移傳感器的信號輸出端接到前置器的輸入端，電荷放大器的輸出端和前置器的輸出端分別接到數(shù)據(jù)采集儀的輸入端，數(shù)據(jù)采集儀的輸出端接到分析系統(tǒng)的輸入端。由于大型數(shù)控加工中心整機的質(zhì)量非常大，特別是對于精密加工中心，其振動信號非常微弱，采用一般的位移傳感器效果不是特別理想。所以本發(fā)明中位移傳感器采用 ZLDS100激光位移傳感器，頻率范圍為1 5000Hz，量程為2mm，線性度為士0. 1% FS，分辨率為0. 01% FS，量程起點為10mm。力傳感器采用壓電里傳感器XA90-BZ1201，量程為5KN， 靈敏度為4pC/N，線性度為1%FS。分析系統(tǒng)采用大型數(shù)控加工中心整機相對動剛度分析系統(tǒng)。本發(fā)明利用加工中心在加工過程的自激振動，直接測試加工中心工作過程中的切削力信號及主軸振動信號，得出相對動剛度。加工中心工作時，按正常工藝流程加工工件， 工件和主軸受到切削力的作用，工件會將所受到的切削力傳遞給力傳感器，主軸受到切削力激勵而產(chǎn)生振動，該振動信號有安裝在主軸端面的位移傳感器拾取，然后由力傳感器得到的力信號和由位移傳感器得到的位移響應(yīng)信號分別被送到電荷放大器和前置器，之后再被送到數(shù)據(jù)采集儀，最后被送到分析系統(tǒng)。經(jīng)分析系統(tǒng)分析后即得到大型數(shù)控加工中心整機相對動剛度幅頻曲線。與以往加工中心動態(tài)特性分析系統(tǒng)相比，本發(fā)明的主要優(yōu)點是不需要人工激振， 避免了激振時對結(jié)構(gòu)的破壞；不影響加工中心的實際工作狀態(tài)，可以準確的反響出工況下的動剛度，測試準確可靠。此外本發(fā)明還具有測試裝置簡單，安裝方便、操作簡單。本發(fā)明可以對加工中心進行相對動剛度測試，進行整機動態(tài)特性評估，可以在數(shù)分鐘內(nèi)完成測試， 尤其適用于安裝完成，現(xiàn)場條件惡劣的測試。


附圖是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1力傳感器；2位移傳感器；3傳感器支架；4電荷放大器；5前置器；6數(shù)據(jù)采集儀；7分析系統(tǒng)；8加工中心；9工作臺；10工件；11主軸。
具體實施例方式如圖1所示，本發(fā)明包括力傳感器1、位移傳感器2、傳感器支架3、電荷放大器4、 前置器5、數(shù)據(jù)采集儀6、分析系統(tǒng)7。其連接關(guān)系為在測量時，加工中心正常加工工件，力傳感器1設(shè)置在被加工工件的下部，位移傳感器2通過放置在工作臺上的傳感器支架3設(shè)置在加工中心Z向距主軸端面10 15mm處，力傳感器1的信號輸出端接到電荷放大器4的輸入端，位移傳感器2的信號輸出端接到前置器5的輸入端，電荷放大器4的輸出端和前置器5的輸出端分別接到數(shù)據(jù)采集儀6的輸入端，數(shù)據(jù)采集儀6的輸出端接到分析系統(tǒng)7的輸入端。位移傳感器2采用ZLDS100激光位移傳感器，頻率范圍為1 5000Hz，量程為2mm， 線性度為士0. 1% FS，分辨率為0. 01% FS，量程起點為10mm。力傳感器1采用壓電里傳感器XA90-BZ1201，量程為5KN，靈敏度為4pC/N，線性度為FS0分析系統(tǒng)7采用大型數(shù)控加工中心整機相對動剛度分析系統(tǒng)。工作時，加工中心正常加工工件，工件和主軸受到切削力的作用，工件會將所受到的切削力傳遞給力傳感器1，主軸受到切削力激勵而產(chǎn)生振動，該振動信號有安裝在主軸端面的位移傳感器2拾取，然后由力傳感器1得到的力信號和由位移傳感器2得到的位移響應(yīng)信號分別被送到電荷放大器4和前置器5，之后再被送到數(shù)據(jù)采集儀6，最后被送到分析系統(tǒng)7。經(jīng)分析系統(tǒng)7分析后即得到大型數(shù)控加工中心整機相對動剛度的幅頻曲線。
權(quán)利要求
1.一種加工中心整機相對動剛度測試系統(tǒng)，包括力傳感器(1)、位移傳感器O)、傳感器支架⑶、電荷放大器G)、前置器(5)、數(shù)據(jù)采集儀(6)、分析系統(tǒng)(7)，其特征在于在測量時，加工中心正常加工工件，力傳感器(1)設(shè)置在被加工工件的下部，位移傳感器(2)通過放置在工作臺上的傳感器支架C3)設(shè)置在加工中心Z向距主軸端面10 15mm處，力傳感器(1)的信號輸出端接到電荷放大器(4)的輸入端，位移傳感器O)的信號輸出端接到前置器(5)的輸入端，電荷放大器⑷的輸出端和前置器(5)的輸出端分別接到數(shù)據(jù)采集儀(6)的輸入端，數(shù)據(jù)采集儀(6)的輸出端接到分析系統(tǒng)(7)的輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的加工中心整機相對動剛度測試系統(tǒng)，其特征是，位移傳感器(2) 采用ZLDS100激光位移傳感器，頻率范圍為1 5000Hz，量程為2mm，線性度為士0. 1%FS, 分辨率為0. 01% FS，量程起點為10mm。
3.如權(quán)利要求1或2所述的加工中心整機相對動剛度測試系統(tǒng)，其特征是，力傳感器 (1)采用壓電里傳感器XA90-BZ1201，量程為5KN，靈敏度為4pC/N，線性度為FS。
全文摘要
一種加工中心整機相對動剛度測試系統(tǒng)，用于振動測試領(lǐng)域。其特征是該測試系統(tǒng)包括力傳感器、位移傳感器、傳感器支架、電荷放大器、前置器、數(shù)據(jù)采集儀和分析系統(tǒng)；測量時，加工中心正常工作，力傳感器設(shè)置在被加工工件的下部，位移傳感器設(shè)置在加工中心Z向距主軸端面10mm處，力傳感器的信號輸出端接到電荷放大器的輸入端，位移傳感器的信號輸出端接到前置器的輸入端，電荷放大器和前置器的輸出端分別接到數(shù)據(jù)采集儀的輸入端，數(shù)據(jù)采集儀的輸出端接到分析系統(tǒng)的輸入端。本發(fā)明不需要人工激振，避免了激振時對結(jié)構(gòu)的破壞；不影響加工中心的實際工作狀態(tài)，可以準確的反響出工況下的動剛度，測試準確可靠；適用于裝配完成，現(xiàn)場條件惡劣的測試。
文檔編號B23Q17/12GK102152173SQ20111004526
公開日2011年8月17日 申請日期2011年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月24日
發(fā)明者宋魯濤, 張彬, 張洋洋, 王奉濤 申請人:大連理工大學(xué)