本發(fā)明涉及一種剛度測試系統(tǒng)及測試方法，具體涉及一種靜剛度測試系統(tǒng)及測試方法。

背景技術(shù)：

在國防軍工和制造業(yè)競爭力等方面，機床行業(yè)有著關(guān)鍵性作用，因此，我國政府已經(jīng)將該行業(yè)提升到了戰(zhàn)略性位置。國家重要的振興目標之一就是發(fā)展大型、精密、高速數(shù)控設(shè)備和功能部件。因此，對機床的精密性的要求越來越高。加工中心是用于加工大型零件的主要機床之一，在航空、航天等領(lǐng)域具有十分重要的地位。機床的靜剛度是評價其性能的主要指標之一，會影響加工部件的幾何精度以及表面質(zhì)量。同時，加工中心作為高速高精度機床，所受載荷有限，載荷過大會損壞內(nèi)部的精密零部件。

目前，國內(nèi)外有很多關(guān)于機床靜剛度的測試裝置及測試方法，但是已有的測試裝置以及測試方法大多都僅針對某個方向的剛度進行測量，更換方向時拆裝過程十分繁瑣，效率低下。一些不帶反饋系統(tǒng)的電控載荷施加裝置容易出現(xiàn)作用力施加過大，損壞機床內(nèi)部的精密零部件。傳統(tǒng)的面-面接觸式頂桿會引入摩擦力等作用力，同時由于面-面接觸不穩(wěn)定性，最終導(dǎo)致作用力偏離所測方向，產(chǎn)生測量誤差。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種加工中心三向靜剛度測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠高效的進行機床三維空間方向的靜剛度測試，并保證作用力方向與所測靜剛度方向一致，具有較高的精度，還提供了該三向靜剛度測試系統(tǒng)的測試方法，方便使用。

技術(shù)方案：本發(fā)明所述的一種加工中心三向靜剛度測試系統(tǒng)，包括用于施加載荷的假刀、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，以及分別與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)連接的三向載荷施加裝置和傳感器調(diào)節(jié)固定裝置，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括連接壓力傳感器和電渦流位移傳感器的數(shù)據(jù)采集裝置以及計算機，所述三向載荷施加裝置包括用于三維空間方向調(diào)節(jié)的微調(diào)平臺，以及設(shè)于微調(diào)平臺上的頂件，所述傳感器調(diào)節(jié)固定裝置包括支架，所述支架連接有絲桿升降機，所述電渦流位移傳感器設(shè)于絲桿升降機的絲桿上方。

優(yōu)選的，所述三向載荷施加裝置向下依次通過壓力傳感器、連接件連接于工作臺，所述壓力傳感器包括若干子壓力傳感器。

優(yōu)選的，所述絲桿升降機的絲桿頂端設(shè)有轉(zhuǎn)動裝置，所述電渦流位移傳感器設(shè)于轉(zhuǎn)動裝置。

優(yōu)選的，所述傳感器調(diào)節(jié)固定裝置的支架包括下板和與其連接的側(cè)板，所述側(cè)板頂端連接于絲桿升降機，所述絲桿升降機包括由絲桿和手輪構(gòu)成的傳動組件，所述手輪設(shè)于套筒外壁并與穿設(shè)于套筒的絲桿傳動連接，所述絲桿與套筒接觸面設(shè)有相適配的第一導(dǎo)槽和第一導(dǎo)軌，所述轉(zhuǎn)動裝置包括套管以及與絲桿頂端通過法蘭連接的t形基礎(chǔ)板，所述套管徑向貫穿有鎖定螺栓，所述鎖定螺栓一端連接于t形基礎(chǔ)板的豎板，所述套管側(cè)壁設(shè)有用于夾持的缺口，所述豎板還設(shè)有定位螺釘，所述套管以鎖定螺栓為軸相對于豎板轉(zhuǎn)動，其外壁位于水位或豎直位置時抵靠于定位螺釘。

優(yōu)選的，所述微調(diào)平臺包括從下到上依次設(shè)置的底板、第一動板、第二動板和頂板，所述相鄰兩層板的接觸面設(shè)有相適配的導(dǎo)槽和導(dǎo)軌，所述相適配的導(dǎo)槽和導(dǎo)軌之間設(shè)有回位彈簧，所述相鄰兩層導(dǎo)槽或?qū)к壵慌挪肌?/p>

優(yōu)選的，所述相鄰兩層板側(cè)壁分別錯位設(shè)有凸塊或頂塊，所述凸塊穿設(shè)有千分尺，千分尺自由端抵靠于與其相鄰的頂塊。

優(yōu)選的，所述第一動板和第二動板螺紋連接有用于固定底板、第一動板、第二動板或頂板之間相對位置的鎖緊螺栓。

優(yōu)選的，所述頂件為長方體凸臺，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。

優(yōu)選的，所述假刀刀頭為球狀，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理。

一種加工中心三向靜剛度測試系統(tǒng)的測試方法，包括下列步驟：

1)將壓力傳感器、頂件和連接件通過螺釘與工作臺固定，將假刀安裝到機床主軸上，調(diào)節(jié)主軸位置，按照要測量的靜剛度方向，將假刀刀頭靠近頂件上凸臺的與測量方向垂直的表面，并留有2～4mm空隙，保證空隙小于千分尺行程，固定主軸位置。

2)根據(jù)測量的靜剛度方向，調(diào)整套管的位置，利用定位螺釘保證其處于水平或豎直位置，預(yù)緊鎖定螺栓，將電渦流位移傳感器放入套管中，擰緊鎖定螺栓，調(diào)整傳感器調(diào)節(jié)固定裝置，并通過手輪調(diào)整絲桿位置，進而調(diào)節(jié)電渦流位移傳感器高度，使得電渦流位移傳感器與測點的距離小于其最大測量距離。

3)將壓力傳感器和電渦流位移傳感器與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機通過數(shù)據(jù)線連接，完成測量準備工作，并記錄此時的壓力傳感器對應(yīng)方向的讀數(shù)f0以及電渦流位移傳感器的讀數(shù)l0，作為初始讀數(shù)。

4)調(diào)節(jié)微調(diào)平臺各層千分尺，同時觀察壓力傳感器采集得到的對應(yīng)方向的作用力，當達到合適數(shù)值時擰緊鎖緊螺栓，記錄此時對應(yīng)方向的作用力f1與位移l1，則機床相應(yīng)方向的靜剛度為式(1)：

有益效果：本發(fā)明的加工中心三向靜剛度測試系統(tǒng)和該系統(tǒng)的測試方法：

1、本發(fā)明的靜剛度測試系統(tǒng)采用專用壓力傳感器，能夠同時測量三維空間xyz方向的壓力和扭矩，因此本測試裝置能夠快速高效的測量機床xyz三個方向的靜剛度，避免傳統(tǒng)測試裝置測量不同方向需要重復(fù)拆裝的繁瑣步驟。

2、本發(fā)明采用頂件凸臺作用面和假刀刀頭球面的點接觸實現(xiàn)載荷傳遞，保證作用力方向垂直于頂件凸臺的作用面，在保證頂件加工精度的前提下，即可實現(xiàn)作用力方向與所測靜剛度方向一致。

3、本發(fā)明采用專用傳感器調(diào)節(jié)固定裝置，用于裝夾電渦流位移傳感器，不僅采用絲桿升降機，能夠?qū)崿F(xiàn)豎直方向的調(diào)節(jié)，而且設(shè)有定位螺釘，能夠方便調(diào)節(jié)并保證電渦流位移傳感器處于水平或者豎直位置，進而保證的測量數(shù)據(jù)的準確性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明中微調(diào)平臺的前視立體圖；

圖3為本發(fā)明中微調(diào)平臺的后視立體圖；

圖4為本發(fā)明中傳感器調(diào)節(jié)固定裝置的立體圖；

圖5為本發(fā)明中t形基礎(chǔ)板的立體圖；

圖6為本發(fā)明中套管的立體圖；

圖7為本發(fā)明中假刀的立體圖。

具體實施方式

下面對本發(fā)明技術(shù)方案進行詳細說明，但是本發(fā)明的保護范圍不局限于所述實施例。

如圖1至7所示，本發(fā)明的一種加工中心三向靜剛度測試系統(tǒng)，包括用于施加載荷的假刀1、數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，以及分別與數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)連接的三向載荷施加裝置和傳感器調(diào)節(jié)固定裝置，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括連接壓力傳感器2和電渦流位移傳感器4的數(shù)據(jù)采集裝置5以及計算機6，三向載荷施加裝置包括用于三維空間方向調(diào)節(jié)的微調(diào)平臺7，以及設(shè)于微調(diào)平臺7上的頂件8，傳感器調(diào)節(jié)固定裝置包括支架，支架連接有絲桿升降機，電渦流位移傳感器4設(shè)于絲桿升降機的絲桿10上方，三向載荷施加裝置向下依次通過壓力傳感器2、連接件11連接于工作臺12，壓力傳感器2包括若干子壓力傳感器，假刀1刀頭為球狀，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，配合相應(yīng)分析軟件dynoware能夠同時測量xyz三個方向的作用力及扭矩，測量過程中，每次施加載荷時都能夠讀取六個讀數(shù)，分別為xyz三個方向的作用力及扭矩，其中，由于本測試方案的工作原理，扭矩必然存在，但時因為頂件8和假刀1之間是點接觸，所以扭矩的效果不會傳遞到假刀1上，不會對測量結(jié)果產(chǎn)生影響；而三個方向的作用力讀數(shù)，除測量方向讀數(shù)發(fā)生明顯變化外，其他兩個方向應(yīng)該幾乎不發(fā)生變化，如果發(fā)生變化，說明作用力方向與測量方向不一致，則會影響測量結(jié)果，因此，本發(fā)明中的壓力傳感器2，不僅可以高效測量三個方向的靜剛度，而且能夠檢驗測試過程的正確性，絲桿升降機的絲桿10頂端設(shè)有轉(zhuǎn)動裝置，電渦流位移傳感器4設(shè)于轉(zhuǎn)動裝置，傳感器調(diào)節(jié)固定裝置的支架包括下板9和與其連接的側(cè)板13，下板9底部設(shè)有沉孔，通過螺釘與側(cè)板13連接，側(cè)板13頂端連接于絲桿升降機，絲桿升降機包括由絲桿10和手輪15構(gòu)成的傳動組件，手輪15設(shè)于套筒16外壁并傳動連接于穿設(shè)套筒16的絲桿10，絲桿10與套筒16分別設(shè)有相適配的第一導(dǎo)槽17和第一導(dǎo)軌18，從而可以防止轉(zhuǎn)動手輪15的時候絲桿10也發(fā)生轉(zhuǎn)動，僅產(chǎn)生軸向移動，保證絲桿升降機的正常工作，轉(zhuǎn)動裝置包括套管20以及與絲桿10頂端通過法蘭21連接的t形基礎(chǔ)板22，套管20徑向貫穿有鎖定螺栓24，鎖定螺栓24一端連接于t形基礎(chǔ)板22的豎板，使得套管20繞鎖定螺栓24相對于豎板轉(zhuǎn)動連接，套管20側(cè)壁設(shè)有用于夾持的缺口23，能夠?qū)崿F(xiàn)在擰緊鎖定螺栓24的同時縮小套管20，從而固定電渦流位移傳感器4，豎板還設(shè)有定位螺釘25，套管20以鎖定螺栓24為軸相對于豎板轉(zhuǎn)動時，其外壁位于水位或豎直位置時抵靠于定位螺釘25，定位螺釘25為內(nèi)六角螺釘，螺頭為圓柱形，起到定位作用，微調(diào)平臺7包括從下到上依次設(shè)置的底板26、第一動板27、第二動板28和頂板29，相鄰兩層板的接觸面設(shè)有相適配的導(dǎo)槽和導(dǎo)軌，底板26設(shè)有兩個平行的第二導(dǎo)軌30，第一動板27設(shè)有兩個適配于第二導(dǎo)軌30的第二導(dǎo)槽31，第一動板27另一面設(shè)有兩個平行的第三導(dǎo)槽32，第二動板28設(shè)有兩個適配于第三導(dǎo)槽32的第三導(dǎo)軌33，第二動板28另一面設(shè)有兩個平行的第四導(dǎo)槽19，頂板29設(shè)有兩個適配于第四導(dǎo)槽19的第四導(dǎo)軌14，相適配的導(dǎo)槽和導(dǎo)軌之間設(shè)有回位彈簧，保證沿導(dǎo)軌方向在不受外力時保持初始狀態(tài)，相鄰兩層導(dǎo)槽或?qū)к壵慌挪?，相鄰兩層板?cè)壁分別錯位設(shè)有凸塊或頂塊，凸塊穿設(shè)有千分尺3，千分尺3自由端抵靠于與其相鄰的頂塊，第一動板27和第二動板28螺紋連接有用于固定底板26、第一動板27、第二動板28或頂板29之間相對位置的鎖緊螺栓，每個鎖緊螺栓的內(nèi)表面與其接觸的各層板側(cè)面接觸，底板26與第一動板27之間通過第一鎖緊螺栓34鎖定，第一動板27、第二動板28之間通過第二鎖緊螺栓35鎖定，第二動板28、頂板29之間通過第三鎖緊螺栓36鎖定，在工作的過程中，首先調(diào)節(jié)相應(yīng)方向的千分尺3，由于千分尺3導(dǎo)程較小，因此可以避免因調(diào)節(jié)過度損壞機床零部件的情況，當壓力讀數(shù)達到合適數(shù)值時，擰緊鎖緊螺栓將微調(diào)平臺7鎖死，達到穩(wěn)定狀態(tài)讀取相應(yīng)讀數(shù)，頂件8為長方體凸臺，并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，保證具有較高硬度，長方體凸臺五個表面與底面之間具有較高的垂直度或平行度要求，從而保證作用力方向與微調(diào)平臺7的移動方向一致。

一種加工中心三向靜剛度測試系統(tǒng)的測試方法，包括下列步驟：

1)將壓力傳感器2、頂件8和連接件11通過螺釘與工作臺固定，將假刀1安裝到機床主軸上，調(diào)節(jié)主軸位置，按照要測量的靜剛度方向，將假刀1刀頭靠近頂件8上凸臺的與測量方向垂直的表面，并留有2～4mm空隙，保證空隙小于千分尺3行程，固定主軸位置。

2)根據(jù)測量的靜剛度方向，調(diào)整套管20的位置，利用定位螺釘25保證其處于水平或豎直位置，預(yù)緊鎖定螺栓24，將電渦流位移傳感器4放入套管20中，擰緊鎖定螺栓24，調(diào)整傳感器調(diào)節(jié)固定裝置，并通過手輪15調(diào)整絲桿10位置，進而調(diào)節(jié)電渦流位移傳感器4高度，使得電渦流位移傳感器4與測點的距離小于其最大測量距離。

3)將壓力傳感器2和電渦流位移傳感器4與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、計算機6通過數(shù)據(jù)線連接，完成測量準備工作，并記錄此時的壓力傳感器2對應(yīng)方向的讀數(shù)f0以及電渦流位移傳感器4的讀數(shù)l0，作為初始讀數(shù)。

4)調(diào)節(jié)微調(diào)平臺各層千分尺3，同時觀察壓力傳感器2采集得到的對應(yīng)方向的作用力，當達到合適數(shù)值時擰緊鎖緊螺栓，記錄此時對應(yīng)方向的作用力f1與位移l1，則機床相應(yīng)方向的靜剛度為式(1)：

采用專用壓力傳感器2，能夠同時測量三維空間xyz方向的壓力和扭矩，因此本測試裝置能夠快速高效的測量機床xyz三個方向的靜剛度，避免傳統(tǒng)測試裝置測量不同方向需要重復(fù)拆裝的繁瑣步驟，采用頂件凸臺作用面和假刀1刀頭球面的點接觸實現(xiàn)載荷傳遞，保證作用力方向垂直于頂件凸臺的作用面，在保證頂件8加工精度的前提下，即可實現(xiàn)作用力方向與所測靜剛度方向一致，采用絲桿升降機，能夠?qū)崿F(xiàn)豎直方向的調(diào)節(jié)，而且設(shè)有定位螺釘25，能夠方便調(diào)節(jié)并保證電渦流位移傳感器4處于水平或者豎直位置，進而保證的測量數(shù)據(jù)的準確性。

如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對其在形式上和細節(jié)上作出各種變化。