[发明专利]立式加工中心的相对柔度测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及立式加工中心技术领域，尤其涉及一种立式加工中心的相对柔度测试方法。

背景技术

在机床的连续使用过程中，机床的各种动态特性均会发生不同程度的改变，其中，机床相对动柔度(刀具和工作台之间的相对频响函数)的改变对立铣加工过程稳定性影响较大，目前该方面的研究工作尚属空白。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了更加精确地获取刀具与工件之间的相对动柔度，本发明提供了一种立式加工中心的相对柔度测试方法来解决上述问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种立式加工中心的相对柔度测试方法，包括以下步骤：

S1、建立立铣切削系统的动力学模型：

其中，M，C，K分别为所述立铣切削系统的质量、阻尼和刚度的四阶矩阵，F(t)为切削力，q(t)为所述立铣切削系统的动态位移；

S2、对所述动力学模型进行拉普拉斯变换得到：

(s²[M]+s[C]＋[K])^-1Q(s)＝F(s)

其中，Q(s)和F(s)分别为频域中的动态位移和切削力向量；

继而可得传递函数矩阵如下所示：

H(s)＝Q(s)/F(s)＝(s²[M]＋s[C]+[K])^-1

S3、设所述立铣切削系统为线性时变系统，令s＝jω，可得频响函数矩阵如下所示：

G(jω)＝Q(jω)/F(jω)＝([K]-ω²[M]+jω[C])^-1

其中：

Q(jω)＝(x_w(jω) x_t(jω) y_w(jω) y_t(jω))^-1

F(jω)＝(F_wx(jω) F_tx(jω) F_wy(jω) F_ty(jω))^-1

其中，x_t和x_w分别为刀具和工件在x轴方向上的位移，y_t和y_w分别为刀具和工件系统在y轴方向上的位移；

F_tx和F_wx分别为作用在刀具和工件上的切削力在x轴方向上的分量，F_ty和F_wy分别为作用在刀具和工件上的切削力在y轴方向上的分量；

S4、由于F_wx＝-F_tx＝F_x，F_wy＝-F_ty＝F_y，因此得到刀具和工件之间的相对位移如下所示：

其中，Δx和Δy分别为在x轴和y轴方向上刀具与工件系统之间的相对位移；G_xx(jω)和G_yy(jω)分别为刀具与工件之间的直接相对动柔度；G_xy(jω)和G_yx(jω)分别为刀具与工件之间的交叉相对动柔度；

S5、在所述立式加工中心的工作台上设置激光位移传感器和激振器；

通过激振器将所述激振力F_x沿x轴方向作用在刀具的刀尖上，然后通过激光位移传感器检测到所述Δx和Δy，将Δx、Δy和F_x代入以下公式：

对上式进行傅里叶变换得到G_xx(jω)和G_yx(jω)；

通过激振器将所述激振力F_y沿y轴方向作用在刀具的刀尖上，然后通过激光位移传感器检测到所述Δx和Δy，将Δx、Δy和F_y代入以下公式：

对上式进行傅里叶变换得到G_xy(jω)和G_yy(jω)。

本发明的有益效果是，这种立式加工中心的相对柔度测试方法将工作台和刀具系统整体考虑，直接获取相对激振力和相对位移，不会出现因机床刀尖频响函数与工作台频响函数叠加而带来的相位误差问题，可以得到精度更高的机床相对动柔度。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。