專利名稱：主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置及試驗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機床性能測試技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置及試驗方法。
背景技術(shù)：
主軸系統(tǒng)安裝刀具后，由于錐面在軸向有一定的限位作用，因此，便通過拉刀系統(tǒng)在軸向施加一定的拉力使得刀柄和主軸錐套緊密的結(jié)合在一起。同時為了保證在切削加工過程中刀柄和主軸錐套間具有足夠的剛度以保證加工工件的精度，因此研究在刀柄和主軸錐套間的動力學(xué)特性顯得尤為重要。結(jié)合面的靜動態(tài)特性與結(jié)合面間的作用力有著密切的關(guān)系。為了得到結(jié)合面靜動態(tài)特性隨接觸條件的變化規(guī)律，分別研究軸向加載和切向加載時結(jié)合面表現(xiàn)出的靜動態(tài)特性。由于錐度結(jié)合面的動力學(xué)特性與結(jié)合面的預(yù)緊力、結(jié)構(gòu)尺寸、錐面硬度、表面接觸精度等有著密切的聯(lián)系，因此應(yīng)考慮以上不同結(jié)合條件下其表現(xiàn)出的綜合力學(xué)特性。獲取主軸錐套和刀柄結(jié)合面綜合力學(xué)特性對研究數(shù)控機床主軸系統(tǒng)的力學(xué)特性有著重要的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提出了一種主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置及試驗方法。為達到上述目的，本發(fā)明一方面提出一種主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，包括工作臺；設(shè)置于所述工作臺之上的可用于吊裝試件的支架；設(shè)置在所述工作臺之中的可實現(xiàn)多種結(jié)合面形式更換的主軸錐套與刀柄結(jié)合部的組合件，其中，所述主軸錐套的一端夾持所述刀柄；和軸向加載器，所述軸向加載器與所述主軸錐套相連以向所述刀柄施加沿著結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載。在本發(fā)明的一個實施例中，還包括徑向加載器，所述徑向加力器與所述刀柄接觸，并向所述刀柄施加垂直于結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載。在本發(fā)明的一個實施例中，還包括設(shè)置在所述支架之上且與所述刀柄同軸向的激振器，用于向試件施加動態(tài)激勵。在本發(fā)明的一個實施例中，所述徑向加載器包括設(shè)置在所述工作臺之上的支撐塊；和由所述支撐塊支撐的徑向加力器，所述徑向加力器向所述刀柄施加垂直于結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載。在本發(fā)明的一個實施例中，所述軸向加載器包括拉釘，所述主軸錐套的另一端夾持所述拉釘；拉桿，所述拉桿與所述拉釘相連；蝸輪，所述蝸輪套接在所述拉桿之上；與所述蝸輪相匹配的蝸桿；與所述蝸桿相連的萬向軸；和與所述萬向軸相連的手輪。在本發(fā)明的一個實施例中，所述萬向軸為可伸縮萬向軸。在本發(fā)明的一個實施例中，所述軸向加載器還包括與所述拉桿的一端相連的導(dǎo)向桿。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述軸向加載器還包括與所述導(dǎo)向桿相配合的限位塊以對所述導(dǎo)向桿進行導(dǎo)向限位。在本發(fā)明的一個實施例中，所述軸向加載器還包括套接在所述拉桿之外的碟簧。在本發(fā)明的一個實施例中，所述蝸輪和蝸桿設(shè)置在齒輪箱內(nèi)。在本發(fā)明的一個實施例中，還包括設(shè)置在碟簧上端的力傳感器。在本發(fā)明的一個實施例中，所述主軸刀柄結(jié)合形式包括BT40型、BT50型、BT60型、 HSK63 型、HSK100 型。在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)所述主軸為HSK63型或HSK100型主軸時，還包括與所述拉釘配合的拉爪。本發(fā)明還提出了一種采用如上所述試驗裝置進行主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性的試驗方法，包括以下步驟將主軸錐套安裝并固定至工作臺；上提導(dǎo)向桿并安裝拉釘和刀柄至拉桿，松開所述導(dǎo)向桿并使所述主軸錐套和所述刀柄緊密結(jié)合；和根據(jù)實驗需要選擇徑向加載器和/或軸向加載器進行加載以進行試驗，并根據(jù)測試結(jié)果進行試驗分析。在本發(fā)明的一個實施例中，其中，當(dāng)進行靜剛度試驗時具體包括將所述徑向加載器固定于所述工作臺，并使所述徑向加載器在初始位置時的頂桿端面與所述刀柄頂部一側(cè)平面平行并保持接觸；和將位移測試設(shè)備通過磁力架吸附于所述主軸錐套上，并使所述位移測試設(shè)備與所述刀柄一側(cè)平面接觸，并確保位移測試方向與力加載方向一致。在本發(fā)明的一個實施例中，還包括調(diào)試所述軸向加載系統(tǒng)，以使拉刀力達到結(jié)合面測試類型要求標準值范圍內(nèi)；調(diào)試所述徑向加力器及所述位移測試設(shè)備；在預(yù)加載卸載后，在等間隔徑向使力情況下記錄所述刀柄相對于所述主軸錐套的位移變化情況；和改變所述軸向拉刀力，并重復(fù)以上步驟，以獲取不同拉刀力下所述刀柄與所述主軸結(jié)合面的靜剛度。在本發(fā)明的一個實施例中，其中，當(dāng)進行動態(tài)試驗時具體包括調(diào)試所述軸向加載系統(tǒng)，以使拉刀力達到結(jié)合面測試類型要求標準值范圍內(nèi)；根據(jù)結(jié)構(gòu)的等效動力學(xué)模型，分別通過多通道數(shù)據(jù)采集器獲取激振后所述主軸錐套和所述刀柄的振動信號，并通過相應(yīng)算法計算結(jié)合面參數(shù)；獲取所述結(jié)合面的動剛度及阻尼值；和改變軸向拉刀力，重復(fù)以上步驟，以獲取不同拉刀力下主軸刀柄結(jié)合面的動態(tài)特性數(shù)據(jù)。本發(fā)明實施例的試驗裝置用于測試和分析主軸與刀柄間的錐度結(jié)合面的靜動態(tài)靜動態(tài)特性，可研究不同材料、拉刀力、接觸形式、錐面硬度、表面接觸精度等因素對主軸刀柄結(jié)合面剛度及阻尼的影響規(guī)律，從而用以分析和優(yōu)化數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)并為其性能仿真提供支持。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為本發(fā)明實施例的BT40型主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置剖面圖；圖加為本發(fā)明實施例的BT50型主軸與刀柄結(jié)合部組合件剖面圖2b為本發(fā)明實施例的BT60型主軸與刀柄結(jié)合部組合件剖面圖；圖2c為本發(fā)明實施例的HSK63型主軸與刀柄結(jié)合部組合件剖面圖；圖2d為本發(fā)明實施例的HSK100型主軸與刀柄結(jié)合部組合件剖面圖；圖3為本發(fā)明實施例的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置左視圖；圖4為本發(fā)明實施例的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置等軸視圖；圖5和6為本發(fā)明實施例的軸向加載器原理圖。標號說明1主軸錐套，2刀柄，3激振器，4支架，5支撐塊，6徑向加力器，7工作臺，8上端蓋， 9側(cè)板，10齒輪箱，11拉釘，12拉桿，13力傳感器，14套筒，15碟簧，16滑塊1，17移動滑套， 18可動螺母，19蝸輪，20軸承座，21手輪，22可伸縮萬向軸，23限位塊，24定向桿，25下端蓋J6蝸桿，27拉爪。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明實施例的試驗裝置用于測試和分析主軸與刀柄間的錐度結(jié)合面的靜動態(tài)靜動態(tài)特性，可研究不同材料、拉刀力、接觸形式、錐面硬度、表面接觸精度等因素對主軸刀柄結(jié)合面剛度及阻尼的影響規(guī)律，從而用以分析和優(yōu)化數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)并為其性能仿真提供支持。如圖1所示，為本發(fā)明實施例的BT40型主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置剖面圖。如圖加所示，為本發(fā)明實施例的BT50型主軸與刀柄結(jié)合部組合件剖面圖；如圖2b所示，為本發(fā)明實施例的BT60型主軸與刀柄結(jié)合部組合件剖面圖；如圖2c所示，為本發(fā)明實施例的HSK63型主軸與刀柄結(jié)合部組合件剖面圖；如圖2d所示，為本發(fā)明實施例的HSK100 型主軸與刀柄結(jié)合部組合件剖面圖；如圖3所示，為本發(fā)明實施例的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置左視圖。如圖4所示，為本發(fā)明實施例的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置等軸視圖。如圖5和6所示，為本發(fā)明實施例的軸向加載器原理圖。其中，該主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置包括支架4，固定在支架4之中的工作臺7，設(shè)置在工作臺7之中的主軸錐套1與刀柄2，其中，主軸錐套1的一端夾持刀柄2， 以及徑向加載器和軸向加載器。其中，徑向加力器與刀柄2接觸，并向刀柄2施加垂直于結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載，軸向加載器與通過拉釘11及拉爪27與刀柄2相連以向主軸錐套1與刀柄2結(jié)合面施加沿著結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載。在本發(fā)明的一個實施例中，所述主軸刀柄結(jié)合形式包括BT40型、BT50型、BT60型、 HSK63 型、HSK100 型。具體地，在本發(fā)明的一個實施例中，徑向加載器包括設(shè)置在工作臺7之上的支撐塊5，和由支撐塊5支撐的徑向加力器6，其中，該徑向加力器6向刀柄2施加垂直于結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載。在本發(fā)明的其他實施例中，還可選擇其他的徑向加載方式進行加載，在此不再贅述。具體地，在本發(fā)明的一個實施例中，軸向加載器包括上端蓋8、側(cè)板9、齒輪箱10、拉釘11、拉桿12、力傳感器13、套筒14、碟簧15、滑塊16、移動滑套17、可動螺母18、蝸輪 19、軸承座20、手輪21、萬向軸22、限位塊23、導(dǎo)向桿M、下端蓋25、蝸桿沈、拉爪27。如圖 5和6所示，為本發(fā)明實施例的軸向加載器的原理圖。其中，主軸錐套1的另一端夾持拉釘 11，拉桿12與拉釘11相連，蝸桿沈與蝸輪19相匹配，萬向軸22分別與手輪21和蝸桿沈相連，碟簧15套接在拉桿12之外。且，導(dǎo)向桿M與拉桿12的一端相連，限位塊23與導(dǎo)向桿M相配合以對導(dǎo)向桿M進行導(dǎo)向限位。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，萬向軸22為可伸縮萬向軸。在本發(fā)明的一個實施例中，該主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置還包括設(shè)置在支架4之上且與刀柄2同軸向的激振器3，以及力傳感器13、加速度傳感器和多通道數(shù)據(jù)采集器。其中，通過更換主軸錐套1和刀柄2組合件可實現(xiàn)HSK、SK、BT系列主軸錐套和刀柄間錐度結(jié)合面的靜動態(tài)性能測試。本發(fā)明主要由以下幾個部分組成試驗臺架、主軸錐套刀柄結(jié)合面、軸向力加載裝置、切向力加載器和測試系統(tǒng)，其中1、試驗臺架是試驗裝置的支撐部分，例如試驗臺架包括支架4及工作臺7等。試驗過程中要求試驗臺架的具有足夠的剛度以保證試驗過程中不會因為試驗臺架的變形造成較大的誤差。為此，設(shè)計過程中，軸向力相對于試驗主軸錐套設(shè)計為閉環(huán)，即試驗臺僅承受試驗試件及軸向加力系統(tǒng)的自重。同時，在50KN力作用于主軸錐套底端圓環(huán)面下，通過對工作臺的靜動態(tài)仿真分析，經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化(合理設(shè)計試驗臺架的形式、壁厚、筋板布置等) 使其對試驗本身的影響降到最低；2、主軸錐套刀柄結(jié)合面是試驗裝置研究中的主要部分，例如可包括主軸錐套1和刀柄2。本發(fā)明的主軸錐套和刀柄結(jié)合面和數(shù)控機床上所使用的一致。為了能在同一試驗裝置上，實現(xiàn)對多種類型的主軸錐套和刀柄的結(jié)合面特性的研究，試驗裝置所設(shè)計的主軸錐套外表面的形狀和實際數(shù)控機床上所采用的心軸結(jié)構(gòu)有一定區(qū)別，增大了主軸錐套厚度， 以避免加力過程中發(fā)生變形影響結(jié)合面特性參數(shù)的測定。本發(fā)明中主軸錐套包括了 HSK63、 100，及BT40、50、60等數(shù)控機床主軸刀柄的結(jié)合形式，每種結(jié)合面在設(shè)計時設(shè)定了三種材料，四個等級的接觸硬度和三個等級的接觸精度。3、力加載器是研究結(jié)合面特性的輔助裝置。由于影響結(jié)合面特性的最主要因素是結(jié)合面間力的作用。力加載器包括軸向力加載器和切向力加載器，分別實現(xiàn)沿著結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載和垂直于結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載。軸向力加載器用以實現(xiàn)沿著結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載，也是整個結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部件。錐度結(jié)合面間的結(jié)合力主要來自于刀柄2末端的拉釘11施加在刀柄2末端的拉力。 而在試驗裝置中，拉釘11的拉力來在于軸向力加載器。試驗臺中軸向力加載是通過手動旋轉(zhuǎn)的方式實現(xiàn)的，然后通過一系列的傳動機構(gòu)實現(xiàn)力的放大。其中最主要的傳動部件是可伸縮萬向軸、蝸輪蝸桿和絲桿螺母機構(gòu)等。以下參照圖5和圖6對軸向加載器的原理進行分析。當(dāng)旋轉(zhuǎn)手輪21時，手輪21 帶動萬向軸22旋轉(zhuǎn)，并將轉(zhuǎn)矩傳遞至蝸輪19。同時為了保證結(jié)構(gòu)具有一定的自由度，使得結(jié)構(gòu)能自由運動，所使用的萬向軸22是可伸縮的萬向軸。當(dāng)轉(zhuǎn)矩傳遞到蝸桿沈及蝸輪19 后，然后通過蝸桿沈及蝸輪19減速，此時的轉(zhuǎn)矩增大，方向是沿著蝸輪19的軸向方向。同時，在本發(fā)明的實施例中，蝸桿沈及蝸輪19具有一定的自鎖功能，能保證加載后機構(gòu)不回自行卸載。蝸桿26旋轉(zhuǎn)后將帶動與蝸桿沈固定在一起的螺母旋轉(zhuǎn)。此外，由于蝸桿沈外側(cè)頂住外殼，因此蝸桿沈?qū)勇菽敢黄鹦D(zhuǎn)的也將帶著螺母向下運動。同時也將壓緊軸向加載器中的碟簧15，從而可以產(chǎn)生一定的軸向反作用力。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，為了防止拉桿12拉伸過程中出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運動，在拉桿12的末端另接一根方形導(dǎo)向桿M。此外為了防止結(jié)構(gòu)超行程運動，在結(jié)構(gòu)中還設(shè)計有導(dǎo)向限位。通過一系列的結(jié)構(gòu)便實現(xiàn)了拉緊拉桿12，從而實現(xiàn)拉緊刀柄2與主軸錐套1結(jié)合面的目的。同時在拉桿12中安裝拉力傳感器 13，用以測量加載時拉桿12對刀柄2的拉刀力。本發(fā)明實施例的軸向加載裝置可實現(xiàn)涵蓋本發(fā)明中涉及到的所有類型的主軸拉刀力要求，最大加載力50KN，加載精度1N，可控性和可操作性好。此外，在本發(fā)明的其他實施例中還安裝一定的測試設(shè)備以實現(xiàn)對結(jié)合面參數(shù)的識別。主要的測試設(shè)備包括力傳感器、加速度傳感器、激振器、多通道數(shù)據(jù)采集器等。本發(fā)明結(jié)構(gòu)合理、可操作性強，能完全滿足試驗過程中的各種要求。利用此試驗裝置可滿足不同主軸錐套刀柄、不同拉刀力，不同切向力下結(jié)合面參數(shù)識別。測試刀柄與主軸錐套結(jié)合面靜剛度、動剛度及動阻尼。研究結(jié)合面材料，刀柄形式、錐度，拉刀力，表面質(zhì)量等因素對結(jié)合面剛度和阻尼的影響規(guī)律。本發(fā)明實施例以主軸刀柄與主軸錐套結(jié)合面為研究對象，對固定錐度結(jié)合面的靜、動態(tài)特性進行研究，建立結(jié)構(gòu)的動力學(xué)模型并對結(jié)合面的特征參數(shù)進行識別。本發(fā)明先根據(jù)主軸、刀柄的實際結(jié)構(gòu)及受力特性，設(shè)計試驗?zāi)Ｐ?，并用穩(wěn)態(tài)正弦激勵法對試驗進行模態(tài)試驗，獲得不同接觸狀況下的頻率響應(yīng)函數(shù)，然后在結(jié)合面集中參數(shù)模型的基礎(chǔ)上分別建立結(jié)構(gòu)在縱向、橫向激振力作用下的動力學(xué)模型。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)、通過頻響函數(shù)法獲取結(jié)合的參數(shù)。可實現(xiàn)的測試內(nèi)容包括以下幾方面1、拉刀力對結(jié)合面靜剛度、動剛度(阻尼)的影響；2、結(jié)合面材料對結(jié)合面靜剛度、動剛度(阻尼)的影響；3、刀柄結(jié)構(gòu)形式及配合方式對靜剛度、動剛度(阻尼)的影響；4、錐面硬度對結(jié)合面靜剛度、動剛度(阻尼)的影響；5、錐面接觸精度對對結(jié)合面靜剛度、動剛度(阻尼)的影響；6、振動頻率對結(jié)合面動剛度(阻尼)的影響；7、結(jié)合面動態(tài)相對位移幅值對結(jié)合面動剛度(阻尼)的影響。以下將結(jié)合上述主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，對該裝置的操作方法進行介紹，具體包括以下步驟步驟1 將軸向拉刀機構(gòu)置于初始位置，安裝主軸錐套1、并用螺釘將其固定于工作臺7上，各螺釘預(yù)緊力大小一致，將導(dǎo)向桿M上提，限位塊23限制導(dǎo)向桿M軸向旋轉(zhuǎn)， 先后安裝拉釘11及刀柄2至拉桿13，擰緊后，松開導(dǎo)向桿M使刀柄2與主軸錐套1緊密結(jié)合。根據(jù)試驗需求，可分別換裝HSK63、100，BT及SK40、50、60主軸錐套及刀柄進行試驗。步驟2 安裝和調(diào)整徑向加力器6和測試設(shè)備。在進行靜剛度試驗時，將徑向加力器6固定于工作臺7上，并使徑向加力器6在初始位置時的頂桿端面與刀柄頂部一側(cè)平面平行并保持接觸；將位移測試設(shè)備通過磁力架吸附于主軸錐套1上，使位移測試設(shè)備與刀柄2 —側(cè)平面接觸，并確保位移測試方向與力加載方向一致。在進行動態(tài)試驗時，刀柄2頂面相對于側(cè)面平面過刀柄2中心線均布多兩個三項加速度傳感器，刀柄2頂部兩側(cè)平面過刀柄2中心線各布置多一個三項加速度傳感器，主軸錐套1上端平面靠近刀柄2的圓周方向均布相應(yīng)四個三項加速度傳感器，在激振器3上聯(lián)接激振桿且至刀柄2頂端外置位置，并聯(lián)接調(diào)試好動態(tài)測試系統(tǒng)。步驟3 結(jié)合面特性參數(shù)測試分析。在進行靜剛度試驗時，首先調(diào)試軸向加載系統(tǒng)，使拉刀力達到結(jié)合面測試類型要求標準值范圍內(nèi)，然后調(diào)試徑向加力器6及位移測試設(shè)備，預(yù)加載卸載后，在等間隔徑向使力情況下記錄刀柄2相對于主軸錐套1的位移變化情況；改變軸向拉刀力，重復(fù)以上步驟，獲取不同拉刀力下主軸刀柄2結(jié)合面的靜剛度。在進行動態(tài)試驗時，首先調(diào)試軸向加載系統(tǒng)，使拉刀力達到結(jié)合面測試類型要求標準值范圍內(nèi)， 然后根據(jù)結(jié)構(gòu)的等效動力學(xué)模型，分別通過多通道數(shù)據(jù)采集器獲取激振后主軸錐套1和刀柄2的振動信號，并通過相應(yīng)算法計算結(jié)合面參數(shù)，獲取結(jié)合面的動剛度及阻尼值；改變軸向拉刀力，重復(fù)以上步驟，獲取不同拉刀力下主軸刀柄結(jié)合面的動態(tài)特性數(shù)據(jù)。步驟4 更換主軸刀柄結(jié)合部組合件，例如更換為BT50型(圖加)、BT60型(圖 2b)、HSK63型(圖2c)、HSK100型(圖2d)，重復(fù)上述1、2、3步驟，測試不同材料、錐面硬度、 介質(zhì)條件、表面接觸精度、載荷情況下的結(jié)合面特性情況。本發(fā)明實施例通過力加載器施加的軸向力和切向力可以分別實現(xiàn)沿著結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載和垂直于結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載，并通過更換所述的多種形式的主軸錐套與刀柄結(jié)合部組合件，從而能夠準確地獲得主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性。本發(fā)明實施例的試驗裝置用于測試和分析主軸與刀柄間的錐度結(jié)合面的靜動態(tài)靜動態(tài)特性， 可研究不同材料、拉刀力、接觸形式、錐面硬度、表面接觸精度等因素對主軸刀柄結(jié)合面剛度及阻尼的影響規(guī)律，從而用以分析和優(yōu)化數(shù)控機床的主軸系統(tǒng)并為其性能仿真提供支持。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，其特征在于，包括 工作臺；設(shè)置于所述工作臺之上的可用于吊裝試件的支架；設(shè)置在所述工作臺之中的可實現(xiàn)多種結(jié)合面形式更換的主軸錐套與刀柄結(jié)合部的組合件，其中，所述主軸錐套的一端夾持所述刀柄；和軸向加載器，所述軸向加載器與所述主軸錐套相連以向所述刀柄施加沿著結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載。
2.如權(quán)利要求1所述的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，其特征在于，還包括 徑向加載器，所述徑向加力器與所述刀柄接觸，并向所述刀柄施加垂直于結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載。
3.如權(quán)利要求1所述的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，其特征在于，還包括 設(shè)置在所述支架之上且與所述刀柄同軸向的激振器，用于向試件施加動態(tài)激勵。
4.如權(quán)利要求1所述的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，其特征在于，所述徑向加載器包括設(shè)置在所述工作臺之上的支撐塊；和由所述支撐塊支撐的徑向加力器，所述徑向加力器向所述刀柄施加垂直于結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載。
5.如權(quán)利要求1所述的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，其特征在于，所述軸向加載器包括拉釘，所述主軸錐套的另一端夾持所述拉釘； 拉桿，所述拉桿與所述拉釘相連； 蝸輪，所述蝸輪套接在所述拉桿之上； 與所述蝸輪相匹配的蝸桿； 與所述蝸桿相連的萬向軸；和與所述萬向軸相連的手輪。
6.如權(quán)利要求5所述的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，其特征在于，所述萬向軸為可伸縮萬向軸。
7.如權(quán)利要求5所述的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，其特征在于，所述軸向加載器還包括與所述拉桿的一端相連的導(dǎo)向桿。
8.如權(quán)利要求7所述的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，其特征在于，所述軸向加載器還包括與所述導(dǎo)向桿相配合的限位塊以對所述導(dǎo)向桿進行導(dǎo)向限位。
9.如權(quán)利要求7所述的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，其特征在于，所述軸向加載器還包括套接在所述拉桿之外的碟簧。
10.如權(quán)利要求5所述的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，其特征在于，所述蝸輪和蝸桿設(shè)置在齒輪箱內(nèi)。
11.如權(quán)利要求9所述的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，其特征在于，還包括設(shè)置在碟簧上端的力傳感器。
12.如權(quán)利要求1所述的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，其特征在于，所述主軸刀柄結(jié)合形式包括BT40型、BT50型、BT60型、HSK63型、HSK100型。
13.如權(quán)利要求12所述的主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，其特征在于，當(dāng)所述主軸為HSK63型或HSK100型主軸時，還包括與所述拉釘配合的拉爪。
14.一種采用如權(quán)利要求1-13任一項試驗裝置進行主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性的試驗方法，其特征在于，包括以下步驟將主軸錐套安裝并固定至工作臺；上提導(dǎo)向桿并安裝拉釘和刀柄至拉桿，松開所述導(dǎo)向桿并使所述主軸錐套和所述刀柄緊密結(jié)合；和根據(jù)實驗需要選擇徑向加載器和/或軸向加載器進行加載以進行試驗，并根據(jù)測試結(jié)果進行試驗分析。
15.如權(quán)利要求14所述的試驗方法，其特征在于，其中，當(dāng)進行靜剛度試驗時具體包括將所述徑向加載器固定于所述工作臺，并使所述徑向加載器在初始位置時的頂桿端面與所述刀柄頂部一側(cè)平面平行并保持接觸；和將位移測試設(shè)備通過磁力架吸附于所述主軸錐套上，并使所述位移測試設(shè)備與所述刀柄一側(cè)平面接觸，并確保位移測試方向與力加載方向一致。
16.如權(quán)利要求15所述的試驗方法，其特征在于，還包括調(diào)試所述軸向加載系統(tǒng)，以使拉刀力達到結(jié)合面測試類型要求標準值范圍內(nèi)； 調(diào)試所述徑向加力器及所述位移測試設(shè)備；在預(yù)加載卸載后，在等間隔徑向使力情況下記錄所述刀柄相對于所述主軸錐套的位移變化情況；和改變所述軸向拉刀力，并重復(fù)以上步驟，以獲取不同拉刀力下所述刀柄與所述主軸結(jié)合面的靜剛度。
17.如權(quán)利要求14所述的試驗方法，其特征在于，其中，當(dāng)進行動態(tài)試驗時具體包括 調(diào)試所述軸向加載系統(tǒng)，以使拉刀力達到結(jié)合面測試類型要求標準值范圍內(nèi)；根據(jù)結(jié)構(gòu)的等效動力學(xué)模型，分別通過多通道數(shù)據(jù)采集器獲取激振后所述主軸錐套和所述刀柄的振動信號，并通過相應(yīng)算法計算結(jié)合面參數(shù)； 獲取所述結(jié)合面的動剛度及阻尼值；和改變軸向拉刀力，重復(fù)以上步驟，以獲取不同拉刀力下主軸刀柄結(jié)合面的動態(tài)特性數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明提出一種主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗裝置，包括工作臺；設(shè)置于工作臺上方的可用于吊裝試件的支架；設(shè)置在所述工作臺之中的可實現(xiàn)多種結(jié)合面形式更換的主軸錐套與刀柄結(jié)合部組合件，所述主軸錐套的一端夾持所述刀柄；軸向加載器，所述軸向加載器通過拉釘及拉爪與所述刀柄主軸錐套相連以向所述主軸錐套與刀柄結(jié)合面施加沿著結(jié)合面圓錐軸心線方向的加載。本發(fā)明還提出了一種錐形結(jié)合面靜動態(tài)特性試驗方法。利用所述的試驗裝置，選取不同的結(jié)合部組合件，本發(fā)明實施例能夠測試不同材料、拉刀力、接觸形式、錐面硬度、表面接觸精度等因素對主軸刀柄結(jié)合面剛度及阻尼的影響規(guī)律，從而準確地獲得主軸與刀柄結(jié)合面靜動態(tài)特性。
文檔編號G01M7/02GK102207420SQ201110061668
公開日2011年10月5日 申請日期2011年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月15日
發(fā)明者馮平法, 吳志軍, 張建富, 許超, 郁鼎文 申請人:清華大學(xué)