一种刚度检测装置、检测方法及薄弱环节判断方法与流程

本发明涉及刚度检测，具体是一种刚度检测装置、检测方法及薄弱环节判断方法。

背景技术：

1、机床刚度是机床抵抗外力变形的能力，是机床性能的一个重要指标，机床刚度薄弱会降低机床的加工精度、加工稳定性和加工效率。目前已经开发了一些用于测试机床整机和部件刚度的装置，但存在无法快速测量主轴在不同位置的整机刚度和各部件的刚度值、不能准确测量并分析出机床刚度薄弱是因为部件本身刚度不足还是两个部件间的接触刚度不足等问题。

2、现有技术中：

3、中国专利《一种加工中心静刚度检测方法及施力装置》(申请号：cn202210539802.4，公开日：20220823)使用螺纹传动的方式，将旋转运动转换为直线运动，使用机械传动的方式来实现对机床主轴加载力的大小控制，加载力的数值不稳定，调节不准确，导致机床的刚度测量存在较大的误差。

4、中国专利《一种模拟真实切削工况的机床静刚度测试装置及方法》(申请号：cn201410105866.9，公开日：20140716）仅能在一个位置对机床进行加载，操作和调整的难度很大，无法快速检测常用加工位置的整机刚度和各部件三向刚度。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提供了一种刚度检测装置、检测方法及薄弱环节判断方法，解决现有技术存在的难以快速准确检测刚度等问题。

2、本发明解决上述问题所采用的技术方案是：

3、一种刚度检测装置，包括用于测量待测件进给轴任意位置载荷力的载荷力加载装置、用于测量待测件表面任意位置位移的位移检测装置。

4、作为一种优选的技术方案，载荷力加载装置包括依次连接的转动手轮、轴、第一伞齿轮、第二伞齿轮、丝杠、丝杠螺母、滑座、压力缸支座、压力缸。

5、作为一种优选的技术方案，载荷力加载装置还包括力加载支架、线轨、线轨滑块，线轨设于力加载支架上，滑座设于线轨滑块上，压力缸支座设于滑座上，线轨滑块与线轨构成移动副，线轨滑块与滑座构成移动副。

6、作为一种优选的技术方案，位移检测装置包括磁性表座、设于磁性表座上的位移传感器支座、设于位移传感器支座上的位移传感器、设于位移传感器上的测量块。

7、作为一种优选的技术方案，测量块包括从外到内依次嵌套的量块、第一磁聚焦盒、第二磁聚焦盒、磁铁。

8、作为一种优选的技术方案，位移检测装置位移传感器支座上设有用于位移传感器的安装孔，每个安装孔内设置有槽口。

9、作为一种优选的技术方案，位移检测装置还包括距离调整螺钉，位移传感器支座上设有与距离调整螺钉配合的距离调整螺孔，距离调整螺钉包括相互连接的螺帽、圆柱体的螺杆，螺杆侧面设有螺纹。

10、一种刚度检测方法，使用所述的一种刚度检测装置进行刚度检测，包括以下步骤：

11、s1，刚度传递路径与测点设置；

12、s2，加载位置确定：将载荷力加载装置移动至设定加载位置；

13、s3，位移检测：根据刚度传递路径与测点的具体位置设置位移检测装置的位置，测量各个测点的位移。

14、作为一种优选的技术方案，还包括以下步骤：

15、s4.计算每一个测点的刚度，每一个测点的刚度的计算公式为：

16、根据设定加载力f与测点位置的位移可计算出测点位置的刚度，刚度的计算公式如下：

17、

18、其中，表示测点的编号，且为整数，表示测点总数，表示第个测点的刚度，表示设定加载力，表示第个测点的位移；

19、s5.将各个测点的刚度按照部件本身刚度传递链、相邻部件间的接触刚度传递链进行分组。

20、一种刚度薄弱环节判定方法，采用所述的一种刚度检测方法，使用以下公式进行刚度薄弱环节判断：

21、；

22、式中，

23、；

24、；

25、；

26、；

27、其中， pi表示相邻传递路径的刚度变化率， max(p)表示刚度变化率的最大值， average(p)表示刚度变化率平均值， qi表示刚度变化率最大值 max(p)相对于刚度变化率平均值 average(p)的变化率，表示刚度变化率阈值。

28、本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：

29、（1）本发明载荷力加载装置的适用性很强，具有很高的强度、刚性和较小的体积，在加载过程中可以自动找正加载刀柄的中心，使力加载更稳定和精确；位移测量装置在保证测量精度的同时，可快速吸附在任意磁性材料的平面或曲面上，并保证测量块在测量过程中的稳定性；将载荷力加载装置和位移测量装置结合，可实现快速测量机床的整机刚度和部件刚度组成的刚度链；

30、（2）本发明可找出机床刚度薄弱位置，并区分刚度薄弱的原因是两个部件的接触刚度不足还是部件本身的刚度不足；能测量分析出的机床刚度的薄弱环节，对薄弱环节进行优化和改进，提升机床的整机刚度，进而提高机床的整机性能。

技术特征：

1.一种刚度检测装置，其特征在于，包括用于测量待测件进给轴任意位置载荷力的载荷力加载装置（7）、用于测量待测件表面任意位置位移的位移检测装置（8）。

2.根据权利要求1所述的一种刚度检测装置，其特征在于，载荷力加载装置（7）包括依次连接的转动手轮（716）、轴（712）、第一伞齿轮（706）、第二伞齿轮（723）、丝杠（703）、丝杠螺母（717）、滑座（719）、压力缸支座（720）、压力缸（721）。

3.根据权利要求2所述的一种刚度检测装置，其特征在于，载荷力加载装置（7）还包括力加载支架（701）、线轨（702）、线轨滑块（718），线轨（702）设于力加载支架（701）上，滑座（719）设于线轨滑块（718）上，压力缸支座（720）设于滑座（719）上，线轨滑块（718）与线轨（702）构成移动副，线轨滑块（718）与滑座（719）构成移动副。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种刚度检测装置，其特征在于，位移检测装置包括磁性表座（81）、设于磁性表座（81）上的位移传感器支座（82）、设于位移传感器支座（82）上的位移传感器（83）、设于位移传感器（83）上的测量块（86）。

5.根据权利要求4所述的一种刚度检测装置，其特征在于，测量块（86）包括从外到内依次嵌套的量块（861）、第一磁聚焦盒（862）、第二磁聚焦盒（863）、磁铁（864）。

6.根据权利要求4所述的一种刚度检测装置，其特征在于，位移检测装置位移传感器支座（82）上设有用于位移传感器（83）的安装孔（812），每个安装孔（812）内设置有槽口（813）。

7.根据权利要求4所述的一种刚度检测装置，其特征在于，位移检测装置还包括距离调整螺钉（85），位移传感器支座（82）上设有与距离调整螺钉（85）配合的距离调整螺孔（815），距离调整螺钉（85）包括相互连接的螺帽（853）、圆柱体的螺杆（851），螺杆（851）侧面设有螺纹（852）。

8.一种刚度检测方法，其特征在于，使用权利要求1至7任一项所述的一种刚度检测装置进行刚度检测，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种刚度检测方法，其特征在于，还包括以下步骤：

10.一种刚度薄弱环节判定方法，其特征在于，采用权利要求9所述的一种刚度检测方法，使用以下公式进行刚度薄弱环节判断：

技术总结
本发明涉及刚度检测技术领域，公开了一种刚度检测装置、检测方法及薄弱环节判断方法，该刚度检测装置包括用于测量待测件进给轴任意位置载荷力的载荷力加载装置、用于测量待测件表面任意位置位移的位移检测装置。本发明解决了现有技术存在的难以快速准确检测刚度等问题。

技术研发人员：崔岗卫,蒋大江,化春雷,周星兴,王文昌,王元伦,王菁,王福咏,田刘平,徐建平,张鑫,罗永华,沈瑞林,宁文波
受保护的技术使用者：通用技术集团机床工程研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/20