[发明专利]一种用于便携式加工系统的刚度测试装置及方法

权利要求书

1.一种用于便携式加工系统的刚度测试装置，其特征在于，该刚度测试装置包括控制模块(E)、气路调节模块(A)、刚度测试夹具、模拟刀具模块和测量模块；

加工设备通过专用夹具完成装夹，刚度测试装置是适应专用夹具的工装，专用夹具主要由连接套(22)、加工模板(15)和夹具后板(2)组成；连接套(22)一端与加工设备(1)螺栓连接，另一端与加工模板(15)通过旋转卡位结构锁紧；加工模板(15)与夹具后板(2)螺栓连接；加工模板(15)中央竖直排布4个连接通孔用于固定刚度测试夹具，中间设有一中心孔用于加工设备(1)穿过；加工模板(15)一侧通过垫片(25)、垫圈(24)和螺栓(23)将两个夹具安装座(D)紧固在夹具后板(2)一侧，夹具后板(2)设有与夹具安装座(D)上的正面凸台(D1)相配合的孔；

刚度测试夹具包括转塔(B)、测试平台基座(C)和夹具安装座(D)；三者依次连接；夹具安装座(D)具有定位功能，其上设有正面凸台(D1)、定位凸台(D2)、中央通孔(D3)和安装座螺纹孔(D4)；夹具安装座(D)上表面设计水平液泡进行水平调平，正面凸台(D1)使夹具安装座(D)与加工模板(15)在竖直平面平行；测试平台基座(C)设有定位滑槽(C1)、阶梯通槽(C2)、基座螺纹孔(C3)、背面凸台(C4)和阶梯孔(C5)；定位滑槽(C1)与定位凸台(D2)配合使夹具安装座(D)于垂直面上下滑动，改变中央通孔(D3)位置；过阶梯通槽(C2)将测试平台基座(C)与夹具安装座(D)螺接；阶梯通槽(C2)位于测试平台基座(C)上下共四个，适应不同孔间距加工模板(15)的安装，而且避免安装螺栓与转塔(B)的干涉；转塔(B)中部设有通孔(B4)，背面设有与通孔(B4)同轴的两级定位凸台；其中一级凸台(B2)和测试平台基座(C)配合，限制转塔(B)在平面内转动；二级凸台(B1)和阶梯孔(C5)配合，约束转塔(B)在平面内的平移；转塔(B)上连接气缸安装座(10)的安装平面(B6)低于转塔(B)上其余平面(B3)，使气缸安装座(10)与其余平面(B3)竖直对齐；压紧螺钉(14)过基座螺纹孔(C3)和通孔(B4)将转塔(B)安装于测试平台基座(C)上；转塔正面通孔为沉头孔(B5)，避免压紧螺钉(14)与压力传感器(8)干涉；测试平台基座(C)设有和与转塔(B)匹配的刻度盘(26)，旋转转塔(B)对准测试平台基座(C)刻度盘(26)的角度值，进行设定加工设备(1)主轴径向平面内某一角度方向的刚度测量；

模拟刀具模块主要由测试块(7)和测试杆(6)构成；测试杆(6)设计为阶梯轴状，其尾部设有螺纹与加工设备(1)连接，测试块(7)两对称表面设计十字刻度线，为位移测量基准和压力施加基准；测试杆(6)前端与测试块(7)上装有轴承的螺纹孔连接，适应不同转塔(B)与测试平台基座(C)夹角位姿的刚度测试；

测量模块包括压力传感模块和位移传感模块；压力传感模块包括压力传感器(8)和转接块(9)；压力传感器(8)通过转接块(9)连接于气缸(11)前端，气缸安装座(10)安装面通过四个定位孔与气缸(11)安装端面螺栓紧固；气缸安装座(10)的气缸连接面和转塔(B)连接面为90°，保证压力传感器(8)轴线和测试块(7)平面垂直且与测试杆(6)轴线相交；位移传感模块包括激光位移传感器(5)、位移传感器安装座(4)和弹性垫圈(3)；激光位移传感器(5)通过位移传感器安装座(4)和弹性垫圈(3)连接到转塔(B)的其余平面(B3)上，弹性垫圈(3)在一定范围内伸缩调节使得激光位移传感器(5)光轴与测试块(7)十字刻度中点相交；

控制模块(E)包括PLC(20)和PC(21)；

气路调节模块(A)包括气泵(16)、气动三联件(17)、比例阀(18)和电磁阀(19)，四者依次连接；比例阀(18)和电磁阀(19)均通过PLC(20)与PC(21)连接，电磁阀(19)通过气管(13)与气缸(11)相连，气缸(11)的进气口和出气口装有调速阀(12)，控制气缸(11)的伸缩速度；气泵(16)为整个气路提供气压，保持最小恒定气压值不变；PC(21)控制电磁阀(19)开闭，实现气缸(11)伸出或者缩回；比例阀(18)由模拟量信号输入，通过PC(21)控制比例阀(18)给定均匀稳定的气缸推力；气路调节模块(A)控制气缸(11)动作，给测试杆(6)施加一定载荷值。

2.一种采用如权利要求1所述的刚度测试装置用于便携式加工系统的刚度测试方法，其特征在于，步骤如下：

S1、将夹具安装座(D)安装到加工模板(15)，利用水平液泡调平夹具安装座(D)，将测试平台基座(C)安装到夹具安装座(D)上；通过定位滑槽(C1)与定位凸台(D2)配合使测试平台基座(C)垂直安装；上下滑动测试平台基座(C)使其基座螺纹孔(C3)与安装座螺纹孔(D4)同轴，螺栓锁紧测试平台基座(C)；

S2、转塔(B)装有测量模块，将其二级凸台(B1)插入阶梯孔(C5)，通过刻度盘(26)调节转塔(B)和测试平台基座(C)的相对位置，用压紧螺钉(14)紧固；

S3、装有测试杆(6)的加工设备(1)连接加工模板(15)，测试块(7)连接于测试杆(6)前端；

S4、操作PC(21)设定压力传感器(8)输入压力值，克服气缸(11)自身摩擦力，调节调速阀(12)使气缸(11)动作平稳；待压力传感器(8)与测试块(7)接触后同时开始采集压力传感器(8)和位移传感器(5)的实时数据，提前设定PC(21)端在一定压力范围均布稳定加载，达到某一上限值开始减压到零，完成自动测量和数据采集。