[发明专利]非接触式机床主轴运转动刚度检测系统

说明书

技术领域

本发明涉及机床动态性能检测技术领域，更具体地，涉及一种非接触式机床主轴运转动刚度检测系统。

背景技术

刚度是评价机床性能的重要指标，体现了机床在加工过程中抵抗变形的能力。机床刚度一般表示为作用在机床上的外载荷与机床变形之间的比值。当外载荷为静态力时，这种刚度称为静刚度，而评价机床抵抗动态载荷的能力则称为动刚度。目前测量机床刚度的一般方法是通过一定的加载装置给机床施加一定的外载荷，然后通过相应的传感器测量机床的变形情况，最后计算得到机床的刚度。而对于机床主轴动刚度的测量则是通过能施加动态载荷的装置对机床主轴施加动载荷，然后测量主轴的动态响应，然后将信号变换到频率域内进行计算分析，这种方法得到的动刚度一般为频率的函数。但是这里测得的响应都是在机床主轴静止状态下进行测量的，所得到的静刚度或动刚度都是反映机床静止情况下的性能，与实际加工过程中的性能仍有较大差异。

机床实际运动过程中，主轴处于旋转状态，此时若在主轴运转状态时直接在主轴上施加在载荷并直接测量主轴位移是比较困难的。主要困难在于如何在旋转主轴上施加一个恒定的载荷以及如何获取此状态下主轴的变形情况。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种结构简单、使用方便且精确度高的非接触式机床主轴运转动刚度检测系统。

根据本发明实施例的非接触式机床主轴运转动刚度检测系统，所述主轴设在所述机床上，所述检测系统包括：加载装置，所述加载装置设在所述机床上，所述加载装置包括：加载台；至少一个电磁铁，所述电磁铁安装在所述加载台上；和测试棒，所述测试棒的第一端与所述主轴相连，所述测试棒的第二端邻近所述电磁铁，所述电磁铁通电产生电磁力并对所述测试棒进行加载以驱动所述测试棒偏转；力传感器，所述力传感器设在所述机床上以检测所述测试棒受到的加载作用力；以及位移检测装置，所述位移检测装置设在所述机床上以检测所述测试棒的偏转位移。

根据本发明实施例的非接触式机床主轴运转动刚度检测系统，通过加载装置可以在非接触状态下对机床的主轴施加径向的载荷作用，通过力传感器可以检测施加在主轴上的作用力，并且通过位移检测装置能够检测主轴的变形情况，从而得出机床主轴运转的动刚度。通过该系统检测得到的机床动刚度比在静止状态下测试机床的动刚度更有实际意义，更准确地反映了机床的动态性能，得到的刚度参数可用于评价机床动态性能，有利于识别机床性能的薄弱环节，为机床性能改进提供实验方法。

通过该系统，可以用非接触的方法得到机床的主轴在旋转状态下，并受到径向载荷作用的变形情况

另外，根据本发明实施例的非接触式机床主轴运转动刚度检测系统，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述加载台包括：底座，所述底座安装在所述机床上；和至少一个安装板，所述安装板安装在所述底座上，所述电磁铁安装在所述安装板上。

根据本发明的一个实施例，所述安装板为四个，四个所述安装板分别与所述底座垂直相连，且四个所述安装板在所述底座所在平面上的正投影形成为矩形，其中，每个所述安装板上分别安装有一个电磁铁，所述测试棒的第二端设在四个所述电磁铁中间。

根据本发明的一个实施例，所述力传感器为应变片，所述应变片设在所述安装板上。

根据本发明的一个实施例，所述应变片为两个，两个所述应变片分别设在相邻的两个安装板上。

根据本发明的一个实施例，每个所述电磁铁包括：铁心，所述铁心形成为柱状；和线圈，所述线圈缠绕在所述铁心的外周面上。

根据本发明的一个实施例，所述位移检测装置包括：支架，所述支架设在所述机床上；和位移检测器，所述位移检测器设在所述支架上且所述位移检测器邻近所述测试棒的第一端。

根据本发明的一个实施例，所述位移检测器为激光位移传感器。

根据本发明的一个实施例，所述测试棒形成为圆柱状。

根据本发明的一个实施例，还包括：信号处理装置，所述信号处理装置分别与所述力传感器和位移检测装置相连，所述信号处理装置接收所述力传感器和位移检测装置的信号并计算所述主轴运转的动刚度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：