[发明专利]一种加工中心三向静刚度测试系统及测试方法

权利要求书

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~Fx_n，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~Lx_n；

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~Fy_n，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~Ly_n；

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=（Fx_n-Fx_n-1）/（Lx_n-Lx_n-1）或K=（Fy_n-Fy_n-1）/（Ly_n-Ly_n-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。