[发明专利]一种机床主轴刚度测试方法及其系统

权利要求书

1.一种机床主轴刚度测试系统的测试方法，包括以下步骤：

S1、不同转速时，在仅加径向力情况下，获得多组径向力和径向位移值，分别进行离散傅里叶变换，得到频率域下的刚度值，测量机床主轴的弯曲变形；

S2、不同转速时，同时施加径向力与轴向力情况下，测量机床主轴的弯曲变形,所施加的径向力的频率与幅值以及转速测量点的选择与步骤S1中相同，径向力的频率与轴向力的频率保持一致；

S3、根据S1、S2的测量结果，分析在同一转速下，轴向力值的变化以及速度变化对主轴弯曲刚度的影响。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：步骤S1中，将机床主轴的转速由0r/min逐渐的调至n₁r/min,空转一定时间后给径向线圈通电，改变径向线圈中电流值的大小，通过信号采集与调理系统获得多组径向力和径向位移值{F_w1k},{δ_w1k}，k＝1,2,3····m，对{F_w1k},{δ_w1k}序列分别进行离散傅里叶变换，可得：{F_w1k(w)},{δ_w1k(w)}，k＝1,2,3…m，力与位移的比值：F_w1k(w)/δ_w1k(w)即为频域下的刚度值，即：K_w1k(w)＝F_w1k(w)/δ_w1k(w),k＝1,2,3...m，式中，下标w 表示主轴仅受径向力，下标1表示主轴的转速n₁，下标k表征主轴所受的不同径向力；δ_{w 1k} 表示主轴在仅受径向力、转速n₁、不同径向力下所产生的径向变形。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：各个速度测量点的间距分布均匀，测量范围涵盖常用切削速度段。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：步骤S2中，将机床主轴的转速由0r/min逐渐的调至n1 r/min,空转一定时间后给径向线圈和轴向线圈同时通电，因为刀具切削过程中径向力与轴向力的变化是一致的，所以当给轴向线圈通以一定的电流值时获得轴向力值为M1，改变径向线圈的电流以获得不同幅值和频率的径向力，径向力的频率与轴向力的频率保持一致，设此时的弯轴向复合系数为测量可得：(M₁,F_f11k,δ_11k),k＝1,2,3…m，对{F_f11k}、{δ_11k},k＝1，2，3…m，分别进行离散傅里叶变换可得{F_f11k(w)}、{δ_11k(w)}，k＝1,2,3…m，计算频域下的刚度可得：

K_f11k(w)＝F_f11k(w)/δ_11k(w),k＝1,2,3...m；

式中，下标f表示主轴的受力状态为同时受到径向力、轴向力；下标第1个表示转速n1,下标第2个1表示轴向力值为M1,下标k表征主轴所受的不同径向力；

改变轴向力值为M₂，同理可得：K_f12k(w)＝F_f12k(w)/δ_12k(w),k＝1,2,3...m；

式中，下标1表示转速n1,2表示轴向力值为M2；测量5组数据可得：K_f1jk(w)＝F_f1jk(w)/δ_1jk(w),j＝1,2,3,4,5,k＝1,2,3...m；式中，下标j代表不同的轴向力；

同理，当转速为n₂、施加同样的轴向力情况下，可得：

K_f2jk(w)＝F_f2jk(w)/δ_2jk(w),j＝1,2,3,4,5,k＝1,2,3...m；式中，下标2表示转速为n₂；

以λ表示转速，则所述的K_f1jk(w)表述为K_fλ1jk(w)，K_f2jk(w)表述为K_fλ2jk(w)，

比较K_fλ1jk(w)和K_fλ2jk(w)值，式中，下标λ1、λ2分别表示转速n1、n₂，可以得出在不同转速时，同一轴向力情况下，即同样的下标j值时刚度的变化。