[发明专利]机床三向静刚度同步测试系统

说明书

技术领域

本发明属于机床静刚度检测技术领域，具体涉及在机床整机工作空间进行模拟加载条件下的一种机床三向静刚度同步测试系统，还涉及基于该测试系统的静刚度检测方法。 

背景技术

机床的静刚度对机床的加工精度和加工表面质量有着很大影响，它是评价机床性能的重要指标之一。通过对机床的静刚度进行试验测试，可以识别出机床性能的薄弱环节，进而针对性的制定机床加工工艺方案，或对机床进行优化设计，从而提高机床的加工精度。 

国内外目前对机床静刚度进行试验测试时，一般将加力仪固定在机床工作台上，采用加力仪对机床主轴施加载荷，采用千分表测量机床主轴相对工作台的变形，然后记录特定载荷下千分表的读数，最后根据一系列载荷和变形数据的离散点拟合出该方向的静刚度曲线。由于该方法采用一系列离散点拟合的方法得到机床的静刚度曲线，不能连续记录载荷与变形之间的关系，所以无法准确反映机床该方向的静刚度特性。 

另外，机床实际切削加工时，加工点往往承受三向载荷，为了全面反映机床的静刚度特性，应求解机床的静刚度矩阵K，即： 

K=kxxkxykxzkyxkyykyzkzxkzykzz]]>

其中：K_ij表示沿机床i轴方向施加载荷，在j轴方向产生的变形。 

而目前常用的试验方法每次只测试单个方向加载时，该方向对应的变形，即每次试验仅能得到静刚度矩阵K对角线上的1个元素，而且该方法无法求解静刚度矩阵K除对角线元素之外的6个刚度值，无法全面反映机床的静刚度特性。 

此外，目前对机床静刚度测试时，数据记录、处理都需要人工完成，测试效率低。 

发明内容

本发明的目的是为克服目前机床静刚度测试技术存在的不足，提出一种机床三向静刚度同步测试系统。该测试系统可以施加与机床坐标系X轴、Y轴、Z轴均成一定角度的载荷，并同时测量机床整机沿3个方向的载荷和变形连续变化数据，经数据处理程序处理后， 可得到3×3阶静刚度矩阵中9个元素K_ij的连续变化曲线。 

本发明提出的一种机床三向静刚度同步测试系统，其特征在于，该系统包括： 

载荷测量子系统，用于测量机床沿X轴、Y轴、Z轴的载荷值； 

三向加力仪，用于对机床施加沿X轴、Y轴、Z轴均成设定角度的载荷； 

位移测量子系统，用于测量机床沿X轴、Y轴、Z轴的变形值； 

数据处理器预先存储有数据处理程序，用于对载荷和变形值进行处理，得到机床的静刚度； 

其中，三向加力仪和位移测量子系统的输入端与机床主轴相连，三向加力仪的输出端和载荷测量子系统的输入端相连，位移测量子系统和载荷测量子系统的输出端与数据处理器的输入端相连。 

与现有技术相比，本发明具有以下显著优势： 

1）本发明一次试验可求解出机床3×3阶静刚度矩阵K中的9个元素，测试效率高。 

2）本发明可测得9个元素连续变化的曲线，能全面、准确反映机床整机的静刚度特性。 

3）本发明结构简单，操作方便，适用性广泛。 

附图说明

图1是本发明一个实施例的机床三向静刚度同步测试系统的结构示意图。