[发明专利]外圆磨床头架动刚度测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种外圆磨床头架动刚度测量装置及方法，该装置中的力传感器通过螺钉安装在被截断的外圆磨床头架顶尖中间，用于测量外圆磨床头架顶尖在X、Y上的力；四个非接触式电涡流位移传感器通过磁性表座固定在工作台上，用以测量头架顶尖和头架壳体X和Y方向上的位移，力传感器和四个非接触式电涡流位移传感器采集的测量电压信号通过信号线，依次经过信号放大器、AD采集卡传输到计算机；该方法包括分别记录和计算得到机床处于空转状态和磨削状态时，外圆磨床头架顶尖和头架壳体X和Y方向上的动刚度，计算动刚度差值，并与之前设定的阈值相比较后，改进外圆磨床头架顶尖和头架壳体以满足各自动刚度要求，从而使机床头架满足动刚度要求。

技术领域

本发明涉及一种外圆磨床头架刚度测量装置，尤其是一种外圆磨床头架动刚度测量装置及方法。

背景技术

外圆磨床的头架是磨床的关键部分，包括头架壳体10、头架顶尖11等，它的作用是支撑工件和传递动力，即使工件转动，如图1所示。对磨床头架进行动态分析有助于人们优化磨床结构设计，进而提高本身的性能，保证产品质量。刚度是我们评价机床结构性能的一个重要指标，它指材料在受力时抵抗弹性变形的能力。过去人们往往测得的都是磨床头架的静刚度，这对于人们评价机床性能过于片面，不能正确反映机床抗振能力，所以，还需测得磨床头架的动刚度。动刚度是指引起单位振幅所需要的动态力。在相同的动态力作用下，动刚度越大，则产生的振幅越小，表明机床的结构性能较好；相反，动刚度越小，则产生的振幅越大，机床结构性能越差。磨床头架的动刚度越小，在磨削过程中易产生变形，这样磨床的加工精度就很难得到保证，从而磨削产品不能达到质量要求。因此，人们需要测得磨床在磨削状态下的动刚度，来充分评价机床的结构性能，进而优化机床结构，保证产品质量。基于以上原因，需要发明一种外圆磨床头架动刚度测量装置及方法，用来准确测量磨床在磨削过程中的动刚度，方便我们正确评价机床的结构性能，最终保证产品质量。

发明内容

本发明提出一种外圆磨床头架动刚度测量装置及测量方法，从而来评价外圆磨床头架的刚性是否满足加工要求，进一步提高本身刚度，从而减少振动，提高产品质量。

本发明的技术方案是：一种外圆磨床头架动刚度测量装置，包括头架壳体、被截断的外圆磨床头架顶尖、力传感器、四个非接触式电涡流位移传感器、信号放大器、AD采集卡和计算机，所述力传感器通过螺钉安装在被截断的外圆磨床头架顶尖中间，用于测量外圆磨床头架顶尖在X、Y上的力；四个非接触式电涡流位移传感器通过磁性表座固定在工作台上，用以测量头架顶尖和头架壳体X 和Y方向上的位移，所述力传感器和四个非接触式电涡流位移传感器采集的测量电压信号通过信号线，依次经过信号放大器、AD采集卡传输到计算机上，由计算机软件通过维纳滤波原理，将电压信号进行滤波，进而转换为实际的动态力，外圆磨床磨削加工时，计算机每0.01s获取一次外圆磨床头架顶尖的动态力和头架壳体的位移，并根据力除于位移来计算出磨削过程中，外圆磨床头架顶尖和头架壳体这两个部位的动刚度。

进一步，所述被截断的外圆磨床头架顶尖由长为L₁的外圆磨床头架顶尖在处截断而成，两个截断的截面上分别打上四个螺纹孔，四个螺纹孔上通过螺钉连接安装一个力传感器，从而在磨削过程中能获得外圆磨床头架顶尖处X和Y 方向的力。

进一步，所述力传感器为可测得X、Y、Z三个方向上力的三向力传感器，其量程为1KN。

进一步，所述非接触式电涡流位移传感器的灵敏度为0.1μm，量程为1mm。

进一步，所述计算机软件通过维纳滤波原理，将电压信号进行滤波，进而转换为实际的动态力，采用公式(1)到(12)进行计算处理：

x(n)＝s(n)+w(n) (1)

e(n)＝s(n)-δ(n) (3)

E[e(n)²]＝E[(s(n)-δ(n))²] (4)