[发明专利]数控机床静刚度快速检测装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数控机床静刚度快速检测装置及方法，尤其是一种利用圆运动对机床工作范围不同方向的静刚度进行快速检测的装置及方法。

背景技术

对于金属切削机床，切削过程中存在外力（切削力、重力、惯性力等）是不可避免的，在外力的作用下，机床的加工工艺系统（机床、刀具、工件）会发生变形，这种变形的直接后果是加工件的精度降低。因此，机床抵抗外力变形的性能是反映机床加工性能的重要指标,一般用机床静刚度来表示。测试和评估机床静刚度是保证机床高质量加工的重要一环，也是提高加工系统性能的基本前提。然而，在传统的静刚度检测方法中,一般将进给轴方向的刚度( X轴, Y轴、Z轴等)作为机床的刚度，并且只对进给轴方向的刚度进行检测。在测试时需要对主轴（或工作台）进行逐渐加载,同时记录主轴的所受载荷的大小和指定方向的位移,得到力和变形的滞回曲线，从而得到机床在该进给方向的静刚度。但这种方法有明显的不足：一是该方法只检测机床进给方向的静刚度，二是每个方向的检测都要经历重新安装、重新检测等步骤，检测费时。研究表明，机床在进给方向的静刚度，并不能全面反映机床在整个加工方向的力学性能，而机床在非进给轴方向的静刚度同样会影响机床的加工性能。因此一种安装检测简便、能对机床各个方向的力学性能均能检测的装置是进行机床力学性能检测的迫切需求。

发明内容

本发明是要提供一种数控机床静刚度快速检测装置及方法，利用该装置及方法，机床通过在不同载荷下进行圆运动测试，对数控机床工作范围内不同方向上的静刚度实现快速检测。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种数控机床静刚度快速检测装置，具有一个固定在机床工作台上的底座球，一个固定在机床主轴上的刀杆球，底座球与刀杆球之间连接有检测杆，检测杆的锥形接触面与底座球和刀杆球两个球面相连接，并在预紧力的作用下紧密接触，检测杆内设有力传感器和位移传感器，分别用于检测加在主轴与工作台之间力的大小和距离变化。

检测杆包括内锥面端盖、弹簧预紧力调节件、套筒、弹簧底座、传感器座、带内锥面顶杆、预紧弹簧，套筒与内锥面端盖螺纹连接，内锥面端盖与底座球球面接触连接，带内锥面顶杆与刀杆球球面接触连接，套筒内安装有弹簧预紧力调节件和传感器座，且弹簧预紧力调节件位于套筒一端，弹簧预紧力调节件与传感器座之间连接有预紧弹簧，弹簧底座上装有力传感器，力传感器与带内锥面顶杆接触连接，传感器座与带内锥面顶杆通过螺纹连接，位移传感器固定在传感器座。

一种数控机床静刚度快速检测检测方法，通过平面圆运动或空间球轨迹方法实现，首先调节弹簧预紧调节件，使预紧弹簧压缩量发生变化，给机床施加一个初始载荷，然后机床在检测平面内进行圆轨迹运动，逐渐增大载荷，重复圆轨迹运动，检测杆内力传感器和位移传感器分别测量出机床主轴相对于工作台在不同方向和不同载荷下的变形量，根据力与变形量的关系，计算得到机床在该测量平面内的静刚度。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种用于检测数控机床静刚度的装置及方法，能对机床加工平面不同方向的静刚度进行检测，整个检测过程较传统方式节省时间，装置简单。检测结果可用于机床力学性能的评价和工艺系统变形预防的方法研究。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明对机床静刚度检测原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明作进一步的说明。

如图1，2所示，一种数控机床静刚度快速检测装置，由底座球1、检测杆11和刀杆球9三部分组成。两钢球和检测杆的连接是通过高精度的圆锥面的内切面接触。底座球1与刀杆球9之间连接有检测杆11，检测杆11的锥形接触面与底座球1和刀杆球9两个球面相连接，并在预紧力的作用下紧密接触，检测杆内设有力传感器和位移传感器，分别用于检测加在主轴与工作台之间力的大小和距离变化。

底座球1固定在机床工作台20上，刀杆球9通过杆部固定在机床主轴21上，检测杆11的锥形接触面与底座球1和刀杆球9两个球面相连接，并在预紧力的作用下紧密接触。