[实用新型]一种机床主轴轴向动刚度测试仪

说明书

技术领域

本实用新型属于机械振动与测试领域，特别涉及一种机床主轴轴向动刚度测试仪及测试方法。该测试仪及方法用于数控机床在实际切削状态下的主轴轴向动态刚度的测试。

背景技术

机床的动态性能反映机床抵抗动态外载荷的能力，与负荷能力及抗振性密切相关，直接影响机床的加工精度与零件的加工质量，其中动刚度是衡量机床动态性能的重要指标。机床的动刚度是指机床在以一定频率变化的正弦交变载荷作用下所表现出的刚度，表征机床承受交变动载荷时抵抗动态位移变化的能力，在数值上等于机床产生单位振幅所需的动态激振力，是衡量抗振能力的主要指标，机床动刚度越大，在动态载荷作用下振幅越小，机床抗振能力越好，加工精度越高。反之，动刚度越小，振幅越大，加工精度越低。

目前对主轴动刚度的研究主要以建模仿真、有限元分析为主，测试方法也多集中于空载运行测试和离线实验测试法，空载运行测试工程上常用锤击法、激振器激振、转矩转速仪法和利用传动方式减速后加载测试，该类方法均为接触式激振和加载，不稳定，而且常常需要复杂的辅助器械，成本高，机器磨损严重；离线实验测试法一般采用液压系统或电磁系统对主轴进行静态加载，模拟主轴的受力状况，不足之处在于加载装置复杂、占用空间大、一般需要搭建专用试验台，将主轴拆卸下来进行离线实验检测，且仅适用于专用主轴，不具有通用性，这与被测主轴在实际切削状态下的真实受力情况也有很大差距。

申请号为201310215687.6的中国专利公开了一种非接触式机床主轴运转动刚度检测系统，该系统包括电磁加载装置、测试棒、力传感器及位移检测装置；其中，加载装置设置在机床工作台上，测试棒一端与主轴相连，另一端与加载装置中的电磁铁临近，电磁加载装置由电磁铁通电产生电磁力并对测试棒进行加载以驱动测试棒偏转，力传感器和位移传感器分别用来检测测试棒受到的加载作用力和偏转位移，从而得到机床主轴运转的动刚度。该测试系统只能在主轴空转运行时通过电磁加载装置施力于测试棒，间接获得主轴动刚度，不能用于实际切削状态下主轴动刚度测试，且加载装置复杂，占用空间大。

申请号201310102571.1公开了一种数控机床整机动刚度测试系统，该系统包括激励子系统、力采集子系统、位移采集子系统、数据采集前端和数据处理器，其中，激励子系统的输出端、力采集子系统的输入端、位移采集子系统的输入端分别与机床待测部位相连；力采集子系统、位移采集子系统的输出端均通过数据采集前端与数据处理器相连。该测试系统通过信号发生器可提供稳定的正弦激励信号，经功率放大器后驱动激振器产生动态激振力，并由激光位移传感器测量机床主轴相对工作台的动态位移数据，计算得到机床整机动刚度，该测试系统虽能测试得到动态激振力下的机床主轴相对工作台的动态位移，由于机床加工过程中切削力会出现波动，测试结果易出现较大的误差。

因此，需要发明一种新型内置式主轴动刚度测试装置，检测在实际切削状态下主轴的受力及形变情况，以满足实际工况下的主轴动刚度测试要求，为主轴智能感知、智能检测、智能调整控制参数提供依据。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种机床主轴轴向动刚度测试仪及测试方法。该测试仪由内置于主轴的力传感器和位移传感器实时测量机床在实际切削状态下的轴向受力及形变，经数据处理部分计算得到主轴的轴向动刚度，解决了机床主轴的动态特性在实际切削状态下难以测试的问题，并为将来主轴智能感知、智能检测、智能调整控制参数、参数优化提供依据。该测试方法简单可靠、便于操作，不需要专门的驱动、传动、控制等单元的操作，易于上手，解决了机床主轴的动态特性在实际切削状态下难以测试的问题，实现了机床在实际切削状态下主轴动刚度的测试。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：