[发明专利]一种数控机床切削状态下的机床主轴动态测试装置

说明书

技术领域

本发明属于机械振动与测试领域，特别涉及一种数控机床切削状态下的机床主轴动态测试装置。

背景技术

随着科学技术的高速发展，高性能数控机床不断向着高速度、高精度和高效率方向发展，对高速主轴的性能要求也日益提高，特别是在高速加工领域，高速主轴加工过程中的动态特性已经成为高速加工的核心技术。

在实际加工过程中，机床主轴单元的动态特性会直接影响加工的精度和效率。通过对机床主轴动态特性的研究可以找出机床结构的薄弱环节，为机床提供设计和改进的依据。而理论计算方面已经发展了一系列有限元动态分析程序，为机床动态设计创造了条件。但是对动力响应和稳定性分析相当重要的阻尼特性、机床各零部件间的结合面特性等目前尚无有效的有限元方法，无法用计算的方法求得其刚度和阻尼。因而基于动态测试数据建立系统数学模型的模态参数识别技术就显得日益重要。

目前国内对于机床主轴的动态特性测试大多是在机床主轴静止状态下进行的，即假定机床主轴静止时的动力参数与机床主轴实际切削时的动力参数相同，这显然越来越不适用于高速主轴的发展需要。此外，通过数值分析得到的机床主轴高速运转情况下动力学特性，由于缺乏实验验证，所得到的分析结果缺乏说服力。数值分析的正确与否有赖于模型和边界条件的准确，但对于滑动轴承、静压轴承等结构以及机床各零部件间的结合面等特性往往难以准确建模，因此会导致最终分析结果存在极大误差。为此对于机床主轴，尤其是考虑到轴承结构以及相应的各零部件间结合面的影响，应在机床实际切削过程中进行机床主轴动态测试、分析。

发明内容

本发明目的在于提供一种结构简单、便于实现、安装拆卸方便，能够实现数控机床在实际切削过程中进行机床主轴动态测试的实验装置。利用该实验装置可获得机床主轴在实际切削过程中的振动情况以及动态特性。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种数控机床切削状态下的机床主轴动态测试装置，其包括数控机床、铣刀1，铣刀套筒2、传感器支架3、铝制试件6、切削力测定仪7、测定仪夹具8、电涡流位移传感器Ⅰ4、电涡流位移传感器Ⅱ5、信号采集系统以及计算机；铣刀1固定在数控机床的主轴转子上用于加工铝制试件6、铣刀套筒2套在铣刀1上；传感器支架3下端设置有下挡板；传感器支架3上端固定在数控机床主轴定子部分的最前端；电涡流位移传感器Ⅰ4和电涡流位移传感器Ⅱ5水平角度成90度夹角分别固定在传感器支架3上，用于测量加工过程中铣刀1的振动信号；铝制试件6通过表面上安装孔固定在切削力测定仪7上；切削力测定仪7通过测定仪夹具8固定在数控机床工作台上，用于测量加工过程中的切削力信号；切削力测定仪7、电涡流位移传感器Ⅰ4、电涡流位移传感器Ⅱ5分别与信号采集系统的信号输入端相连，信号采集系统的数据输出送至计算机。

所述铣刀套筒2通过与铣刀1的过盈配合安装在铣刀1的刀柄位置处。

所述铣刀套筒2外表面中间为10mm宽、表面粗糙度为Ra1.6的光洁测试带，且铣刀套筒2光洁测试带处的直径等于5倍的电涡流传感器测试端的直径，电涡流位移传感器Ⅰ4和电涡流位移传感器Ⅱ5的轴线分别垂直且穿过铣刀套筒2的中心轴线，且电涡流位移传感器Ⅰ4和电涡流位移传感器Ⅱ5的测量端分别对准铣刀套筒2光洁测试带的中心。

所述铣刀套筒2安装到铣刀1后，在数控机床主轴旋转状态下铣刀套筒2外表面中间的光洁测试带的径向全跳动不大于0.01mm。

所述传感器支架3的上端内侧均布有四个凹槽，凹槽内设置有四个弧形固定垫片，每个垫片上连接着一个调节螺栓，通过旋紧调节螺栓使传感器支架3固定在数控机床主轴定子部分的最前端。

所述传感器支架3的下端挡板中心位于铣刀1的中间位置处，传感器支架3的下端挡板将铣刀1的切削部分和电涡流位移传感器Ⅰ4、电涡流位移传感器Ⅱ5的测量端相隔开。

所述传感器支架3下挡板厚度为0.5倍铣刀1直径，传感器支架3下挡板中心有通孔，其直径为1.2倍铣刀1直径，铣刀1通过传感器支架3下挡板中心通孔穿过传感器支架3下挡板。

所述电涡流位移传感器Ⅰ4和电涡流位移传感器Ⅱ5分别通过固定螺母固定在传感器支架3上。

所述测定仪夹具8中间有两个螺栓通孔，用于固定切削力测定仪7，测定仪夹具8的四个角上设有T型槽，用于将测定仪夹具8固定在工作台上。

本发明可取的如下有益效果：