本发明专利技术公开了一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置，包括安装平台、模拟刀具装置、加载传递装置、加载平台和三个结构相同的测量装置，安装平台为内部中空的柱体结构，安装平台用于对加载平台和测量装置进行定位、安装以及与外部机床工作台连接；测量装置位于安装平台的顶部，测量装置用于测量模拟刀具装置的微位移量，模拟刀具装置在测试过程中代替实际加工刀具与加载传递装置相连接。本发明专利技术所提供的一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置，实现了任意方向和一定范围内任意大小的加载力模拟，在实际工作中无需拆卸即可进行变刀具姿态下任意方向的静刚度测试。 1
【技术实现步骤摘要】
一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置
本专利技术属于机床静刚度测试
，具体涉及一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置。
技术介绍
数控机床是现代机械制造业的基础，数控机床的性能将直接影响加工产品的质量。相较于传统三轴联动数控机床，五轴联动数控机床上新添加了两个转动轴，因此具备了加工复杂空间曲面的能力，被广泛应用于飞机零部件、叶轮、螺旋桨等高去除率、高精度工件的加工，在航空航天、精密仪器等领域有着重要的影响。机床静刚度是评价机床性能的重要指标之一，反映了机床在实际加工过程中抵抗恒定切削力载荷的能力。实际加工过程中机床的静态变形不但会改变零部件的几何精度，降低加工质量，还会对机床的抗震性、生产率、噪声、工作寿命、运动平衡性、发热和磨损等各项性能造成影响。通过对机床的静刚度进行试验测试，可以识别出机床性能的薄弱环节，进而针对性的制定机床加工工艺方案，或对机床进行优化设计，从而提高机床的加工精度。对于五轴联动数控机床而言，两个转动轴的引入扩展了其加工空间，加工复杂空间曲面时受载荷方向更为多变，因此对五轴联动数控机床不同刀具姿态下进行多方向的静刚度试验具有显着的工程意义。数控机床静刚度测试仪器涉及到切削力模拟加载装置设计、加载力检测装置设计、机床刀尖点位移检测装置设计三大方面。目前机床静刚度的测试方法主要可分为单向加载测试法、三向加载测试法和并联机构加载测试法。单向加载测试法是传统的测试方法，缺点是每次只能进行某一方向的刚度测量，不符合机床加工时承受三向切削分力的情况。三向加载测试法更接近切削时的真实情况，但是现有三向加载测试法只能沿三个正交方向的单向(例如X轴正向、Y轴正向、Z轴正向)进行加载，测试装置固定之后所提供的加载力只能覆盖笛卡尔坐标系的一个卦限，存在测量方向的盲区，并且难以实现五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试。并联机构加载测试法通过并联机构对机床进行加载，可以进行多轴机床变刀具姿态下的多方向静刚度测量、扩宽了机床静刚度的测量范围，但是其缺点在于并联机构摆角空间较小、可测姿态范围有限，需要提前知道刀具的姿态信息，并且当刀具姿态改变时需要重新调整并联加载机构的姿态、重新进行与机床连接部位的安装固定，过程复杂费时，测试效率不高。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决上述问题，提供一种结构简单，性能可靠的五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置，包括安装平台、模拟刀具装置、加载传递装置、加载平台和三个结构相同的测量装置，安装平台为内部中空的柱体结构，测量装置位于安装平台的顶部，测量装置用于测量模拟刀具装置的微位移量，加载平台位于安装平台的内部，加载平台通过加载传递装置向模拟刀具装置提供指定方向的加载力，模拟刀具装置通过加载传递装置与加载平台相连，模拟刀具装置与加载传递装置通过螺栓连接，安装平台的底部安装在机床的工作台上。优选地，所述安装平台包括上平台、下平台和定位环，上平台和下平台为一体结构，定位环为环状结构，定位环位于上平台的中心，上平台的顶部设有均匀布置的三个键槽，键槽的延伸方向通过上平台的中心与定位环相连，键槽内部靠近定位环的位置设有限位键，限位键与测量装置相连。优选地，所述加载传递装置包括连接件、芯轴、竖直连接轴、第一光电编码器、第二光电编码器和连接轴安装座，连接件为球状结构，芯轴穿设于连接件的内部，模拟刀具装置与芯轴相连，模拟刀具装置轴线的延长线通过连接件的球心，芯轴一端与第一光电编码器相连，竖直连接轴的上端与连接件相连，竖直连接轴的下端与第二光电编码器固连，第二光电编码器固定在连接轴安装座上，连接轴安装座与加载平台固定连接，第一光电编码器和第二光电编码器用于测量模拟刀具装置的转角和摆角。优选地，所述连接件的内部还设有轴环，轴环套设于芯轴之上，轴环用于对模拟刀具装置进行限位。优选地，所述加载平台包括平台基座，平台基座与安装平台相连，平台基座从下到上依次安装有第一滑动平台和第二滑动平台，第一滑动平台能够在平台基座上滑动，第二滑动平台能够在第一滑动平台上滑动；第二滑动平台的顶部安装有过渡板，过渡板上固设有支撑座，支撑座上固设有竖向滑台基座，竖向滑台基座上设有第三滑动平台，第三滑动平台能在竖向滑台基座上滑动，第一滑动平台上安装有第一加载单元，第一加载单元为第一滑动平台提供加载力，第二滑动平台上安装有第二加载单元，第二加载单元为第二滑动平台提供加载力，第三滑动平台上安装有第三加载单元，第三加载单元为第三滑动平台提供加载力，第一加载单元、第二加载单元和第三加载单元结构相同。优选地，所述第一滑动平台的运动方向和第二滑动平台的运动方向垂直，第一滑动平台的运动方向与第二滑动平台的运动方向所构成的平面与第三滑动平台的运动方向垂直。优选地，所述第二加载单元包括依次连接的气缸安装板、加载气缸、加载力传感器、加载杆和受载块，气缸安装板呈“L”形结构，气缸安装板一边与第二滑动平台固连，气缸安装板的另一边与加载气缸固连，加载气缸的活塞杆与加载力传感器相连，加载力传感器的另一端与加载杆固连，加载杆的另一端穿设于受载块，受载块与第一滑动平台相连，加载气缸的活塞杆做伸缩运动时，受载块能随着活塞杆做同步运动。优选地，所述测量装置包括固定倾角座和位移传感器，位移传感器与固定倾角座固连，固定倾角座位于键槽的上方与上平台固定连接，限位键位于固定倾角座和上平台之间。优选地，所述固定倾角座与定位环相切。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术所提供的一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置在正交三轴滑台每个滑动方向上采用双向气缸来进行加载，实现了任意方向和一定范围内任意大小的加载力模拟。2、本专利技术所提供的一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置，将加载平台与模拟刀具装置分开，通过在连接件内部设置芯轴的方法将模拟刀具装置的摆动运动与转动运动分离，使得模拟刀具装置的姿态变换动作与施加载荷动作互不干扰，实现了不同刀具姿态下的静态加载，并且在实际工作中无需拆卸即可进行变刀具姿态下任意方向的静刚度测试。3、本专利技术还附带了刀具姿态的测量功能，通过第一编码器和第二编码器可方便地在静刚度测试过程中得到刀具摆角与转角的信息，使得可以准确定位当前的刀具姿态。4、本专利技术安装平台采用了整体式结构，并且将与安装台相连的其他组件集中安装在易于进行表面精加工的顶面和底面，既保证了安装台上下平台的同轴度、平面度，又减小了制造加工难度，降低了设备成本，并更利于静刚度测试过程中的定位，提高了测试精度。附图说明图1是本专利技术一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置的结构示意图；图2是本专利技术安装平台的结构示意图；图3是本专利技术模拟刀具装置与加载传递装置连接的结构示意图；图4是本专利技术加载平台的结构示意图；图5是本专利技术第二加载单元的爆炸示意图；图6是本专利技术测量装置结构示意图；图7是本专利技术空间坐标系变换示意图；图8是本专利技术测量装置的局部坐标系示意图；图9是本专利技术图8中坐标系绕Y轴逆时针旋转β角度得到的坐标系示意图；图10是本专利技术图9中坐标系绕X轴旋转α角度得到的坐标系示意图。附图标记说明：1、安装平台；2、模拟刀具装置；3、加载传递装置；4、加载平台；5、测量装置；11、上平台；12、下平台；13、定位环；14本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置，其特征在于：包括安装平台(1)、模
【技术特征摘要】
1.一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置，其特征在于：包括安装平台(1)、模拟刀具装置(2)、加载传递装置(3)、加载平台(4)和三个结构相同的测量装置(5)，安装平台(1)为内部中空的柱体结构，测量装置(5)位于安装平台(1)的顶部，测量装置(5)用于测量模拟刀具装置(2)的微位移量，加载平台(4)位于安装平台(1)的内部，加载平台(4)通过加载传递装置(3)向模拟刀具装置(2)提供指定方向的加载力，模拟刀具装置(2)通过加载传递装置(3)与加载平台(4)相连，模拟刀具装置(2)与加载传递装置(3)通过螺栓连接，安装平台(1)的底部安装在机床的工作台上。2.根据权利要求1所述的一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置，其特征在于：所述安装平台(1)包括上平台(11)、下平台(12)和定位环(13)，上平台(11)和下平台(12)为一体结构，定位环(13)为环状结构，定位环(13)位于上平台(11)的中心，上平台(11)的顶部设有均匀布置的三个键槽(14)，键槽(14)的延伸方向通过上平台(11)的中心与定位环(13)相连，键槽(14)内部靠近定位环(13)的位置设有限位件(15)，限位键(15)与测量装置(5)相连。3.根据权利要求1所述的一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置，其特征在于：所述加载传递装置(3)包括连接件(31)、芯轴(32)、竖直连接轴(33)、第一光电编码器(34)、第二光电编码器(35)和连接轴安装座(36)，连接件(31)为球状结构，芯轴(32)穿设于连接件(31)的内部，模拟刀具装置(2)与芯轴(32)相连，模拟刀具装置(2)轴线的延长线通过连接件(31)的球心，芯轴(32)一端与第一光电编码器(34)相连，竖直连接轴(33)的上端与连接件(31)相连，竖直连接轴(33)的下端与第二光电编码器(35)固连，第二光电编码器(35)固定在连接轴安装座(36)上，连接轴安装座(36)与加载平台(4)固定连接，第一光电编码器(34)和第二光电编码器(35)用于测量模拟刀具装置(2)的转角和摆角。4.根据权利要求3所述的一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置，其特征在于：所述连接件(31)的内部还设有轴环(310)，轴环(310)套设于芯轴(32)之上，轴环(310)用于对模拟刀具装置(2)进行限位。5.根据权利要求1所述的一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置，其特征在于：所述加载平台(4)包括平台基座(41)，平台基座(41)与安装平台(1)相连，平台基座(41)...
【专利技术属性】
技术研发人员：丁杰雄，姜越友，李孟蝶，姜忠，王伟，杜丽，张靖，丁启程，沈礼，罗仕鹏，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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