[发明专利]一种主轴轴向静刚度测试方法及控制系统

说明书

技术领域

本发明涉及机床主轴性能测试领域，特别是涉及一种主轴轴向静刚度测试方法及控制系统。

背景技术

主轴是机床的核心功能部件，其性能直接影响到机床整机的性能。主轴轴向静刚度是指主轴单元在轴 向载荷的作用下抵抗变形的能力，通常以主轴转子前端产生单位轴向位移时，在轴向位移方向上所施加的 载荷来表示主轴的轴向静刚度。主轴的轴向静刚度作为评定数控机床整机质量和主轴单元设计的一项重要 指标，不仅会影响加工部件的几何精度和表面质量，也是预测主轴动态特性、轴承寿命和噪声的基础。

目前，国内外已有很多关于主轴轴向静刚度的测试方法，但是已有的测试方法只是针对某一载荷下的 主轴轴向变形来近似表示主轴的轴向刚度，这种将主轴轴向刚度线性化的测试方法在精密加工中尤其是在 数控机床高速端铣时会造成一定的误差。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种主轴轴向静刚度测试方法及控制系统。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种主轴轴向静刚度测试方法及控制 系统，其特征在于，包括数据采集处理系统、运动控制系统、加载卸载执行单元和人机交互界面。所述数 据采集系统包括压力传感器、电涡流位移传感器、NI数据采集卡、计算机；所述运动控制系统包括NI运 动控制卡、伺服驱动器、伺服电机；所述加载卸载执行单元包括锁紧杆套环、锁紧杆，所述锁紧杆通过螺 纹副与所述锁紧杆套环连接。

所述计算机中设有基于LabVIEW编制的数据采集、处理程序、运动控制程序和人机交互界面，以实现 数据的采集、运算、分析、处理、显示、存储和对加载卸载执行单元的控制，所述数据采集程序通过所述 NI数据采集卡按照所述人机交互界面设置的力加载卸载步长采集所述电涡流位移传感器的位移信息和所 述压力传感器的力信息，所述数据处理程序是计算机按照最小二乘法原理将所述电涡流位移传感器的位移 信息和所述压力传感器的力信息进行拟合处理，所述运动控制程序按照人机交互界面设置的力加载卸载步 长对NI运动控制卡发出指令，通过伺服驱动器驱动伺服电机对执行单元进行加载或者卸载，并将压力传 感器中测得的压力值反馈给运动控制程序，所述人机交互界面可显示加载力-位移静刚度曲线和卸载力-位 移静刚度曲线，所述人机交互界面可设置加载卸载执行单元最大加载力、加载力加载和卸载的步长、加载 速度。所述伺服电机通过旋转锁紧杆而将加载或者卸载力传递给压力传感器并最终传递给主轴转子。

一种主轴轴向静刚度测试方法及控制系统，包括以下步骤：

(1)在人机界面上设置最大加载力，加载力加载和卸载步长、加载速度；

(2)根据主轴的直径调节锁紧杆套环、锁紧杆、力传感器组件、位移传感器与主轴单元转子的相对 位置；

(3)计算机向NI运动控制卡和NI数据采集卡发出控制信号；

(4)NI运动控制卡通过伺服驱动器驱动伺服电机旋转锁紧杆，向主轴转子施加轴向载荷，同时NI数 据采集卡采集压力传感器测得的载荷值并反馈给计算机，当压力传感器测得的载荷值等于单位步长时，停 止加载并保持一段时间，待压力传感器测得的载荷值稳定后NI数据采集卡采集电涡流位移传感器测得的 位移值。将压力传感器测得的稳定载荷值和电涡流位移传感器测得的位移值存储到计算机，并开始下一步 长的操作，直至加载到最大加载力。

(5)计算机将采集到的数据进行如下处理：