一种数控机床静刚度评价方法技术

本发明专利技术公开了一种数控机床静刚度评价方法，首先将机床刚度测量值指数化处理，以刚度指数评价不同规格机床相对刚度；然后将机床连续测量刚度值线性化处理，考察刚度一致性，观察并记录弱刚度环节的影响情况；再比较机床三个坐标方向刚度，考察机床弱刚度方向与弱刚度环影响度，该方法通过对机床连续施加负载力，对测量获得的刚度值曲线能够更准确分析机床刚度情况，发现机床刚度链的薄弱环节；通过指数化比较评价，能够直观、简捷的得出机床刚度实际情况，便于比较评价相对值；根据机床的刚度一致性，合理的以刚度指数值评价机床性能质量。

An Evaluation Method for Static Stiffness of NC Machine Tools

The present invention discloses a method for evaluating static stiffness of NC machine tools. Firstly, the stiffness measurement value of machine tools is indexed to evaluate the relative stiffness of machine tools of different specifications by stiffness index. Then, the stiffness value of continuous measurement of machine tools is linearized to check the consistency of stiffness and observe and record the influence of weak stiffness link. The stiffness of three coordinate directions of machine tool is studied, and the influence degree of weak stiffness direction and weak stiffness ring of machine tool is inspected. This method can analyze the stiffness of machine tool more accurately by continuously exerting load on machine tool, and find out the weak links of the stiffness chain of machine tool by exponential comparison and evaluation, which can be intuitive and simple. The actual stiffness of the machine tool can be obtained quickly, which is convenient for comparing and evaluating the relative value. According to the consistency of the stiffness of the machine tool, the performance and quality of the machine tool can be reasonably evaluated by the stiffness index value.

【技术实现步骤摘要】
一种数控机床静刚度评价方法
本专利技术涉及机床性能检测领域，具体为一种数控机床静刚度评价方法。
技术介绍
对于金属切削机床，切削过程中存在外力(切削力、重力、惯性力等)是不可避免的，在外力的作用下，机床的加工工艺系统(机床、刀具、工件)会发生变形，这种变形的直接后果是加工件的精度降低。因此，机床抵抗外力变形的性能是反映机床加工性能的重要指标，一般用机床静刚度来表示。测试和评估机床静刚度是保证机床高质量加工的重要一环，也是提高加工系统性能的基本前提。然而，在传统的静刚度检测方法中，一般将进给轴方向的刚度(X轴，Y轴、Z轴等)作为机床的刚度，并且只对进给轴方向的刚度进行检测。在测试时需要对主轴(或工作台)进行逐渐加载，同时记录主轴的所受载荷的大小和指定方向的位移，得到力和变形的滞回曲线，从而得到机床在该进给方向的静刚度。作为承受切削力进行加工的机床，刚度是衡量机床性能的重要参数，通过影响加工效率、精度等间接反映机床质。本专利技术通过一种连续力作用下刚度值和刚度一致性以及与平均机床刚度比较的指数评价方法，不仅可以系统、合理、简捷有效的评价机床刚度，也是评价机床质量的一个组成部分，刚度是反映机床性能的指标，对切削效率、加工精度影响很大。目前的刚度测量值是在额定力作用下一个点的机床弹性变形量作为静刚度值，k＝F/δ(N/μ)。刚度值只是考察机床的一个参考，不作为评价机床的一个硬性指标。存在的问题为：(1)不能有效的反映机床整体负载范围实际刚度情况，特别是对于不同负载力作用下刚度值变化比较大，存在明显非线性；(2)由于机床是由多环节形成刚度链。在不同负载力作用下，没有反映各环节刚度值不一致情况；(3)不同规格的机床，无法相对比较刚度值；(4)没有对比方法，不能通过刚度评价机床质量。
技术实现思路
为了克服现有技术方案的不足,本专利技术提供一种数控机床静刚度评价方法，通过对机床连续施加负载力，对测量获得的刚度值曲线能够更准确分析机床刚度情况，发现机床刚度链的薄弱环节；通过指数化比较评价，能够直观、简捷的得出机床刚度实际情况，便于比较评价相对值；根据机床的刚度一致性，合理的以刚度指数值评价机床性能质量，能有效的解决
技术介绍
提出的问题。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种数控机床静刚度评价方法，包括如下步骤：步骤100、机床刚度测量值指数化：将机床刚度测量值指数化处理，以刚度指数评价不同规格机床相对刚度；步骤200、机床静刚度线性度评价：将机床连续测量刚度值线性化处理，考察刚度一致性，观察并记录弱刚度环节的影响情况；步骤300、机床坐标刚度一致性与弱刚度评价：比较机床三个坐标方向刚度，考察机床弱刚度方向与弱刚度环影响度。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述步骤100中机床刚度测量值指数化的方法包括：步骤101、定义和计算静刚度系数，静刚度指数f为评价机床刚度与平均机床刚度差值的间接参数；步骤102、根据计算公式对刚度指数化进行处理。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述步骤101包括：设静刚度k，k＝F/δ；设x为机床一坐标方向刚度系数，机床主功率w(KW)；刚度系数为刚度值k和机床主功率w的比值，即为：x＝k/w。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述步骤102包括：设指数常数a，计算公式为：其中，指数常数a为机床统计刚度系数均值；设静刚度评价平均指数f0均值为1；待评价机床刚度指数为：fj＝k/aw＝x/a。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述机床静刚度指数大于或小于1即为评价机床静刚度的基本参数。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述步骤200中机床静刚度线性度K(F)定义为机床在承受变化负载力作用下刚度变化情况；K(F)＝F/δ；设定有效负载里范围0～Ff；其中Ff为峰值切削力；设定额定力作用下刚度ke，刚度额定值为ke＝(Fe)/δe，理想刚度曲线为斜率为ke的直线；非线性刚度波动幅度是偏离额定刚度值，离散点刚度差Δ＝ke-ki；计算刚度均方差a：作为本专利技术一种优选的技术方案，所述刚度均方差a<10％认为在线性范围，结构刚度一致性较好；最大刚度差Δmax所在位置为弱刚度环节。作为本专利技术一种优选的技术方案，所述步骤300包括：设定设fj为坐标方向刚度指数，j＝(X,Y,Z)，X,Y,Z为机床坐标；fX，fY，fZ为各坐标方向刚度指数，指数差值程度为机床坐标刚度一致性；当差值大于20％，认为机床坐标方法刚度一致性差；在fX，fY，fZ中最小值为弱刚度方向，机床整机刚度指数评价以弱刚度方向作为评价值。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)通过对机床连续施加负载力，对测量获得的刚度值曲线能够更准确分析机床刚度情况，发现机床刚度链的薄弱环节；(2)通过指数化比较评价，能够直观、简捷的得出机床刚度实际情况，便于比较评价相对值；(3)根据机床的刚度一致性，合理的以刚度指数值评价机床性能质量。附图说明图1为本专利技术的流程图；图2为本专利技术主轴功率为7.5KW的机床刚度测量曲线图；图3为本专利技术主轴功率为11KW的机床刚度测量曲线图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1所示，本专利技术提供了一种数控机床静刚度评价方法，具体为一种数控机床刚度指数化评价与反映刚度链一致性的方法，首先将机床刚度测量值指数化处理，以刚度指数评价不同规格机床相对刚度；然后将机床连续测量刚度值线性化处理，考察刚度一致性，观察并记录弱刚度环节的影响情况；再比较机床三个坐标方向刚度，考察机床弱刚度方向与弱刚度环影响度。该方法通过对机床连续施加负载力，对测量获得的刚度值曲线能够更准确分析机床刚度情况，发现机床刚度链的薄弱环节；通过指数化比较评价，能够直观、简捷的得出机床刚度实际情况，便于比较评价相对值；根据机床的刚度一致性，合理的以刚度指数值评价机床性能质量。该评价方法的具体步骤如下：步骤一、刚度测量值指数化；静刚度指数f为评价机床刚度与平均机床刚度差值的间接参数。首先定义和计算静刚度系数；设静刚度k，k＝F/δ；设x为机床一坐标方向刚度系数，机床主功率w(KW)；刚度系数为刚度值k和机床主功率w的比值；x＝k/w然后进行刚度指数化处理；设定指数常数a，计算公式为：其中，指数常数a为机床统计刚度系数均值。静刚度评价平均指数f0均值为1。待评价机床刚度指数为：fj＝k/aw＝x/a；机床静刚度指数大于或小于1即为评价机床静刚度的基本参数。步骤二、机床静刚度线性度评价；机床静刚度线性度K(F)定义为机床在承受变化负载力作用下刚度变化情况；K(F)＝F/δ；设定有效负载里范围0～Ff；其中Ff为峰值切削力；设定额定力作用下刚度ke，刚度额定值为ke＝(Fe)/δe，理想刚度曲线为斜率为ke的直线(如图2所示)；非线性刚度波动幅度是偏离额定刚度值，离散点刚度差Δ＝ke-ki；计算刚度均方差a：均方差刚度<10％认为在线性范围，结构刚度一致性较好；最大刚度差Δmax所在位置为弱刚度环节(如图3所示)。步骤三、机床坐标刚度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数控机床静刚度评价方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤100、机床刚度测量值指数化：将机床刚度测量值指数化处理，以刚度指数评价不同规格机床相对刚度；步骤200、机床静刚度线性度评价：将机床连续测量刚度值线性化处理，考察刚度一致性，观察并记录弱刚度环节的影响情况；步骤300、机床坐标刚度一致性与弱刚度评价：比较机床三个坐标方向刚度，考察机床弱刚度方向与弱刚度环影响度。

【技术特征摘要】
1.一种数控机床静刚度评价方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤100、机床刚度测量值指数化：将机床刚度测量值指数化处理，以刚度指数评价不同规格机床相对刚度；步骤200、机床静刚度线性度评价：将机床连续测量刚度值线性化处理，考察刚度一致性，观察并记录弱刚度环节的影响情况；步骤300、机床坐标刚度一致性与弱刚度评价：比较机床三个坐标方向刚度，考察机床弱刚度方向与弱刚度环影响度。2.根据权利要求1所述的一种数控机床静刚度评价方法，其特征在于：所述步骤100中机床刚度测量值指数化的方法包括：步骤101、定义和计算静刚度系数，静刚度指数f为评价机床刚度与平均机床刚度差值的间接参数；步骤102、根据计算公式对刚度指数化进行处理。3.根据权利要求2所述的一种数控机床静刚度评价方法，其特征在于：所述步骤101包括：设静刚度k，k＝F/δ；设x为机床一坐标方向刚度系数，机床主功率w(KW)；刚度系数为刚度值k和机床主功率w的比值，即为：x＝k/w。4.根据权利要求2所述的一种数控机床静刚度评价方法，其特征在于：所述步骤102包括：设指数常数a，计算公式为：其中，指数常数a为机床统计刚度系数均值；设静刚度评价平均指数f0均值为1；待评价机床刚度指数为：fj＝k/aw＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭宝营，张瑞乾，杨庆东，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：北京,11