一种机床静刚度测试工装及测试方法与流程

本发明属于机床，尤其涉及一种机床静刚度测试工装及测试方法。

背景技术：

1、静刚度是评价机床末端承载能力的重要性能指标，其表征了切削力作用后抵抗弹性变形的能力。建立能够反映部件及结合部局部刚度与末端刚度间显示映射关系的静刚度模型是指导静刚度匹配设计的首要环节。机床主轴的静刚度是指主轴在切削力的作用下抵抗变形的能力，通常以主轴前端产生单位位移时，在位移方向上所施加的作用力来表示主轴的静刚度作为评定数控机床整机质量的一项重要指标，也是机床主轴设计的重要指标，不仅可以反映主轴单元的抗振性和稳定性等，数控机床主轴的静态性能会影响其动态特性，在恒定载荷及自身重力的作用下的数控机床主轴的静态变形不但会改变零部件的几何精度，降低加工质量，也是预测主轴动态特性、轴承寿命和噪声的基础。

2、目前对机床静刚度进行试验测试时，一般将加力仪固定在机床工作台上，采用加力仪对机床主轴施加载荷，采用千分表测量机床主轴相对工作台的变形，然后记录特定载荷下千分表的读数，最后根据一系列载荷和变形数据的离散点拟合出该方向的静刚度曲线。但是实际操作时，需要用加力仪对机床主轴施加载荷，而主轴的形状不是规则结构，使得加力仪与主轴之间会产生相对移动，影响测试结果。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种机床静刚度测试工装及测试方法，旨在解决上述技术问题。

2、本发明采用如下技术方案：

3、所述机床静刚度测试工装，包括用于竖直安装在机床主轴上的标准受力检棒，还包括安装底座，所述安装底座上有转动组件，所述转动组件的输出端安装有夹台，所述夹台的活动夹口顶部通过连接板固定有电子推力计，所述夹台的固定夹口顶部设置有支架，所述支架上安装有转块，所述转块的两个平面上固定有顶推件，两个顶推件垂直设置，所述标准受力检棒包括连接柱以及形成于连接柱底部的作用件，所述作用件为立方体型，所述测试工装还包括接触至所述作用件表面的千分表。

4、进一步的，所述作用件顶部向外形成为凸台。

5、进一步的，所述作用件的四个竖直边为四十五度斜面。

6、进一步的，所述连接板后部分底部有导向滑轨，所述导向滑轨安装有匹配的滑块，所述滑块底部有槽板，所述安装底座上按角度形成有若干定位槽，所述槽板与其中的一个定位槽之间插接有匹配的支撑架。

7、进一步的，所述槽板和定位槽上均开有燕尾槽，所述支撑架两段为与燕尾槽匹配的燕尾块。

8、进一步的，所述连接板末端固定有挡板。

9、另一方面，所述机床静刚度测试方法，包括下述步骤：

10、步骤s101、调整机床主轴上的标准受力检棒高度，使得电子推力计对准作用件的一个y方向表面，调整夹台的夹口行走，使得电子推力计的推力头抵触至标准受力检棒的作用件，然后电子推力计清零，将千分表作用于标准受力检棒作用件的另一y方向表面并清零，逐步驱动电子推力计，记录其中若干测试点的作用力数值以及相应的千分表位移值，完成标准受力检棒y方向的数据记录；

11、步骤s102、回退电子推力计和千分表，转动组件旋转90度，电子推力计对准作用件的一个x方向表面，调整夹台的夹口行走，使得电子推力计的推力头抵触至标准受力检棒的作用件，然后电子推力计清零，将千分表作用于标准受力检棒作用件的另一x方向表面并清零，逐步驱动电子推力计，记录其中若干测试点的作用力数值以及相应的千分表位移值，完成标准受力检棒x方向的数据记录；

12、步骤s103、回退电子推力计和千分表，调整机床主轴的高度和位置，使得标准受力检棒的底面抵触至转块的竖直顶推件，调整夹台的夹口行走，使得电子推力计的推力头抵触至转块的横向顶推件，然后电子推力计清零，将千分表作用于标准受力检棒作用件的顶面并清零，逐步驱动电子推力计，记录其中若干测试点的作用力数值以及相应的千分表位移值，这里最后一个测试点为最大允许作用力为n的测试点，完成标准受力检棒z方向的数据记录；

13、步骤s104、将标准受力检棒x、y方向的记录数据分别进行拟合得到两个方向的整机静刚度曲线；记录标准受力检棒z方向的最大位移值；

14、步骤s105、通过软件仿真标准受力检棒自身的两个方向的检棒仿真静刚度曲线；

15、步骤s106、将整机静刚度曲线减去检棒仿真静刚度曲线，得到两个方向的机床主轴静刚度曲线。

16、第三方面，机床静刚度测试方法，包括：

17、步骤s201、调整机床主轴上的标准受力检棒高度，使得电子推力计对准作用件的一个y方向表面，调整夹台的夹口行走，使得电子推力计的推力头抵触至标准受力检棒的作用件，然后电子推力计清零，将千分表作用于标准受力检棒作用件的另一y方向表面并清零，逐步驱动电子推力计，记录其中若干测试点的作用力数值以及相应的千分表位移值，完成标准受力检棒y方向的数据记录；

18、步骤s202、回退电子推力计和千分表，转动组件旋转90度，电子推力计对准作用件的一个x方向表面，调整夹台的夹口行走，使得电子推力计的推力头抵触至标准受力检棒的作用件，然后电子推力计清零，将千分表作用于标准受力检棒作用件的另一x方向表面并清零，逐步驱动电子推力计，记录其中若干测试点的作用力数值以及相应的千分表位移值，完成标准受力检棒x方向的数据记录；

19、步骤s203、回退电子推力计和千分表，转动组件旋转45度，电子推力计对准作用件的一个斜面表面，调整夹台的夹口行走，使得电子推力计的推力头抵触至标准受力检棒的作用件，然后电子推力计清零，将千分表作用于标准受力检棒作用件的对向的斜面表面并清零，逐步驱动电子推力计，记录其中若干测试点的作用力数值以及相应的千分表位移值，完成标准受力检棒斜面方向的数据记录。

20、步骤s204、回退电子推力计和千分表，调整机床主轴的高度和位置，使得标准受力检棒的底面抵触至转块的竖直顶推件，调整夹台的夹口行走，使得电子推力计的推力头抵触至转块的横向顶推件，然后电子推力计清零，将千分表作用于标准受力检棒作用件的顶面并清零，逐步驱动电子推力计，记录其中若干测试点的作用力数值以及相应的千分表位移值，这里最后一个测试点为最大允许作用力为n的测试点，完成标准受力检棒z方向的数据记录；

21、步骤s205、将标准受力检棒x、y和斜面方向的记录数据分别进行拟合得到三个方向的整机静刚度曲线；记录标准受力检棒z方向的最大位移值；

22、步骤s206、通过软件仿真标准受力检棒自身的x、y、45度三个方向的检棒仿真静刚度曲线；

23、步骤s207、将整机静刚度曲线减去检棒仿真静刚度曲线，得到x、y、45度三个方向的机床主轴静刚度曲线。

24、进一步的，x、y、45度三个方向的机床主轴静刚度曲线分别为f1(x)、f2(y)、f3(u)，标准受力检棒的最大允许作用力为n，三个方向以及z方向的最大位移阈值分别为x0、y0、u0和z0；

25、当f1(n)＜x0、f2(n)＜y0、f3(n)＜u0和作用力为n时的z方向最大位移值＜z0；且(x0-f1(n))/x0+(y0–f2(n))/y0+(u0–f3(n))/u0＞p，所述p为偏离程度阈值，判断机床静刚度检测合格。

26、本发明的有益效果是：发明通过设置标准结构的受力检棒，通过夹台的结构设计，可以测量整机的两个或三个方向的静刚度曲线，然后将标准受力检棒进行仿真得到检棒仿真静刚度曲线，将整机静刚度曲线减去检棒仿真静刚度曲线，即可得到机床主轴静刚度曲线；此方法中，由于受力检棒是标准结构，底部为立方体的作用件，作用面平整，且作用件顶部向外形成有凸台，便于放置千分表的作用端；而且使得在电子推力计在行进过程中，通过在连接板尾端向下设置支撑架，支撑架一方面可以定位角度，另一方面连接板上的导向滑轨和滑块只能前后滑动，推力计不会发生z方向及横向偏移，保证了测量准确度。