[发明专利]一种超精密飞切机床主轴与导轨刚度检测装置及检测方法

权利要求书

1.一种超精密飞切机床主轴与导轨刚度检测方法，其特征在于：采用一种超精密飞切机床主轴与导轨刚度检测装置，所述检测装置包括水平固设在导轨(100)上表面的第一基准板(1)、水平固设在机床主轴(101)顶端的第二基准板(2)以及水平固设在机床刀盘(102)底端的支撑板(3)，所述第一基准板(1)上由下到上依次固设有力传感器(4)、气缸(5)及定心支杆(6)，支撑板(3)的底端开设有定心孔(3-1)，所述定心孔(3-1)与主轴(101)同轴布置，且定心支杆(6)的顶端与所述定心孔(3-1)配合，第一基准板(1)上方布置有若干导轨位移传感器(7)，第二基准板(2)上方布置有若干主轴位移传感器(8)，且若干所述导轨位移传感器(7)及若干主轴位移传感器(8)分别绕主轴(101)轴线均布，若干主轴位移传感器(8)分别通过导线连接主轴位移信号采集器(9)，若干导轨位移传感器(7)分别通过导线连接导轨位移信号采集器(10)，力传感器(4)通过导线连接力信号采集器；

它包括如下步骤：

步骤一、在导轨(100)工作台面划线，确定导轨(100)工作台面的中心位置；

步骤二、将第一基准板(1)装设在导轨(100)工作台面上，然后将气缸(5)与力传感器(4)固定连接，并置于第一基准板(1)的顶面中心位置，将定心支杆(6)固装在气缸(5)推杆顶端，最后将支撑板(3)固装在刀盘(102)底端中心位置，保证定心支杆(6)的顶端与所述定心孔(3-1)配合；

步骤三、将第二基准板(2)装设在主轴(101)顶端，并将若干连接有主轴位移信号采集器(9)的主轴位移传感器(8)均布在第二基准板(2)上且均对准第二基准板(2)设置，将若干连接有导轨位移信号采集器(10)的导轨位移传感器(7)均布在第一基准板(1)上且均对准第一基准板(1)设置；

步骤四、调节气缸(5)的供气压强，力传感器(4)测量得到加载力的大小，到达指定加载力后，停止加压，导轨位移传感器(7)及主轴位移传感器(8)分别获取主轴(101)及导轨(100)加载后的位移信息，经过对应的信号采集和数据处理单元加权处理后得到主轴(101)位移的平均值及导轨(100)位移的平均值；

步骤五、将加载力的变化量除以加载后主轴(101)位移的平均值，得到主轴(101)的刚度值；将加载力的变化量除以加载后导轨(100)位移的平均值，得到导轨(100)的刚度值，完成超精密飞切加工机床主轴(101)与导轨(100)刚度同时的高精度测量；

进一步地，步骤四中平均值的获取方法为：

当导轨位移传感器(7)及主轴位移传感器(8)的数量分别为三个时，设导轨位移传感器(7)的编码为1～3号，主轴位移传感器(8)的编码为4～6号，

取1号传感器，进行50次数据测量，设1号传感器每次数据为计算平均值2～6号传感器的平均值的计算方法与1号传感器相同。

2.根据权利要求1所述的一种超精密飞切机床主轴与导轨刚度检测方法，其特征在于：第二基准板(2)、主轴(101)、支撑板(3)、定心支杆(6)、气缸(5)、力传感器(4)、第一基准板(1)及导轨(100)由上到下正对布置。

3.根据权利要求1或2所述的一种超精密飞切机床主轴与导轨刚度检测方法，其特征在于：所述定心支杆(6)包括螺纹杆(6-1)及一体固接在螺纹杆(6-1)一端的钢球(6-2)，所述定心孔(3-1)为大端朝下布置的圆锥形孔。

4.根据权利要求3所述的一种超精密飞切机床主轴与导轨刚度检测方法，其特征在于：气缸(5)与力传感器(4)之间水平固设有转接板(12)。

5.根据权利要求1、2或4所述的一种超精密飞切机床主轴与导轨刚度检测方法，其特征在于：导轨位移传感器(7)及主轴位移传感器(8)的数量均至少为三个。

6.根据权利要求5所述的一种超精密飞切机床主轴与导轨刚度检测方法，其特征在于：支撑板(3)为圆形板结构，其通过若干螺栓固装在刀盘(102)的底端，且支撑板(3)上的螺栓绕主轴(101)轴线均匀布置。

7.根据权利要求1所述的一种超精密飞切机床主轴与导轨刚度检测方法，其特征在于：

计算剩余误差

贝塞尔公式计算标准差

如果某个测量值X_i的剩余误差V_i(1≤i≤50)满足|V_i|＞3σ，

则表示满足这个剩余误差条件的测量到的数据偏差较大，剔除该偏差较大的数据，使最后计算得到的算术平均值更接近实际刚度的真实值；

同理剔除其余两组数据，

将1～3号传感器所测数据进行求算数平均值计算，得到导轨(100)位移的平均值；

进而，由获取到的气缸(5)加载力变化量除以导轨(100)位移的平均值，得到导轨(100)的刚度值；

同理得到主轴(101)刚度值。