本发明专利技术属于机床性能测试技术领域，提出了一种用于便携式加工系统的刚度测试装置及方法。该装置主要由控制模块、气路调节模块、刚度测试夹具、测量模块四部分组成。测试平台基座有定位功能，前表面设计刻度盘配合转塔实现加工设备主轴径向平面内定角度方向刚度测量。气缸前端压力传感器和位移传感器通过特殊定位结构和可调位置安装座与测试块表面刻度线对中，确测量施载点的形变量。控制模块由PC和PLC构成，集成了压力传感器和位移传感器测量模块，可自动完成稳定施载、数据采集并输出刚度曲线。该装置适应已有夹具和工装，最大程度的模拟实际加工工况，可实现包括加工设备、夹具等连接零部件刚度系统刚度的准确测量。等连接零部件刚度系统刚度的准确测量。等连接零部件刚度系统刚度的准确测量。
【技术实现步骤摘要】
一种用于便携式加工系统的刚度测试装置及方法
[0001]本专利技术涉及机床性能测试
，尤其涉及一种用于便携式加工系统的刚度测试装置及方法。
技术介绍
[0002]加工设备的静态刚度是设备抵抗外载荷引起变形、保持加工精度的重要特性之一，高精度加工设备一般都对刚度特性有较高的要求。目前，传统的加工设备如数控车床、加工中心，往往采用较为厚重的结构以获得较大的静态刚度，满足要求。但这些设备一般体型较大且安装工位固定，难以适用于狭小空间的加工任务。为此，国内外正大力发展便携式加工设备，如自动进给钻，其体积小、质量轻等优势明显，既可以适合于传统机器不可达的复杂加工工位，也可以取代传统手工加工，已被广泛应用于航空航天领域。
[0003]但是，此类便携式加工设备多采用浮动主轴，要求主轴同时完成旋转和进给运动，静态刚性较弱。并且，为满足狭小空间和轻便易携的要求，设备体积和质量往往很小，无法采用传统厚重的结构制造，进一步降低了设备的静态刚度。此外，便携式加工设备往往需要通过加工模板和专用夹具与被加工区域连接，进而实现自动化加工，导致整个加工系统的静态刚度会随加工区域位置发生改变。可见，便携式加工系统的静态刚度普遍较弱，远低于传统加工设备，对加工质量和精度影响更大，且其静态刚度特性多变，刚度特性极为复杂。因此，对便携式加工设备与工件夹具所组成的加工系统进行静态刚度分析极为重要，已成为目前的研究热点之一。
[0004]分析加工设备的刚度特性一般可通过理论计算、仿真分析以及实验测试方法，但由于加工设备往往结构复杂且存在大量连接、间隙或过盈配合等部位，理论计算和仿真分析难以准确表征，因此，采用实验测试是目前准确获得和分析加工设备刚度特性的优选方法之一。当前国内外对于普通机床及多轴加工中心的刚度分析开展了较为充分地研究，并设计了系列化的可用于普通机床及多轴加工中心的刚度分析及测量方法。如波兰Piotr Pawelko发表的论文“A new measurement system to determine stiffness distribution in machine tool workspace[J].Archives of Civil and Mechanical Engineering,2021,21(2).”中提出了一种固定于机床工作平台的机床准静态刚度测试系统，该系统能够施加大小和方向可控的力，并同时测量产生的位移，进而计算系统刚度，然而此系统的加载和测量装置都相对于床身或地面固定，不适用于便携式加工系统局部加工区域的刚度测量，且其体积大，灵活性较差。电子科技大学的丁杰雄等人专利技术了“一种五轴机床变刀具姿态下的静刚度测试装置”，申请号为CN201711400972，该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，其可测姿态范围有限，需要提前知道刀具的姿态信息，过程复杂费时，测试效率不高，而且其装置难以直接应用于在空间受限工位运行的加工设备的测量。西安交通大学高羡明等人专利技术了“一种模拟真实切削工况的机床静刚度测试装置及方法”，专利号为ZL201410105866，该装置采用液压缸施载，测量前需要分别安装三向施载液压缸，手动控制液压缸输出压力，测量过程比较繁琐，且可能会带来环境污
染。
[0005]综上，目前刚度测试装置和方法多需固定于地面或机床台面，只适用于测量传统加工设备主轴的刚度，难以在位对便携式加工设备与工件夹具所组成的加工系统进行静态刚度分析，且装置体积较大不易安装、便携性差，无法在空间受限工位对便携式加工装备的静态刚度进行准确测量。基于上述原因，迫切需要一种针对便携式加工系统的刚度测试装置和方法，进而指导其结构设计和安装方法，最终提高加工精度。
技术实现思路
[0006]本专利技术为克服现有技术的不足，专利技术了一种用于便携式加工系统的刚度测试装置及方法。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。通过控制PC上软件的相关按键，操控气路中比例阀18以调节气缸11推力大小，控制电磁阀19开闭实现气缸11的伸出和缩回。设计位置可调、可转位夹具，适应用于装夹在不同孔间距加工模板的自动进给钻刚度测试，通过气缸对被测模拟刀具施加载荷，激光位移传感器采集变形数据，可以测量沿刀具径向任意方向的刚度值。
[0007]本专利技术的技术方案：
[0008]一种用于便携式加工系统的刚度测试装置，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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]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安装端本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
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...
【专利技术属性】
技术研发人员：王福吉，刘帅，付饶，李泳坤，赵猛，梁昊毓，张博宇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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