專利名稱：一種精確測量刀柄-結(jié)合部特征參數(shù)的實驗裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用以精確測量刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)的實驗裝置，可以準(zhǔn)確獲得刀柄在不同拉刀力作用下的刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)，屬于機(jī)械設(shè)計、制造、測試領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)的識別過程，主要有以下方式考慮在整機(jī)或?qū)嶒炁_上完成刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)辨識過程，這兩種方式都要首先測量裝配前刀柄結(jié)構(gòu)上刀柄與主軸結(jié)合部點之間的頻響函數(shù)以及刀柄端部激振點與刀柄結(jié)合部點的之間的頻響函數(shù)，然后測量主軸上主軸與刀柄結(jié)合部點之間的頻響函數(shù)，最后將刀柄安裝在主軸上，測量刀柄上激振點之間的傳遞函數(shù)，將以上數(shù)據(jù)代入到辨識公式即可計算出柄-主軸結(jié)合部的特征參數(shù)。這兩種方式雖然可以辨識出刀柄-主軸結(jié)合部的特征參數(shù)，但在測量裝配前主軸上主軸與刀柄結(jié)合部點之間的頻響函數(shù)，以及測量裝配后刀柄激振點之間的傳遞函數(shù)時，由于電機(jī)、伺服裝置、冷卻系統(tǒng)以及其他結(jié)合部等因素的影響，辨識結(jié)果誤差較大，不能準(zhǔn)確反映真實的連接情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，針對在整機(jī)和實驗臺上測試存在的不足，提供一種精確測量刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)的實驗裝置，通過設(shè)計制造新的實驗裝置來減少噪聲以及其他零部件帶來的附加干擾因素對辨識結(jié)果的影響，并可以利用最小二乘法辨識公式進(jìn)行求解，從而提高辨識精度。本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在不同拉刀力下刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)的準(zhǔn)確辨識。本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實現(xiàn)的一種測量刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)的實驗裝置，包括刀柄1，主軸2，拉釘3，加長桿4，主軸端蓋5，預(yù)應(yīng)力螺栓6 ；主軸端蓋5固定在主軸2末端，刀柄1與拉釘3連接在一起，拉釘3連接加長桿4并通過預(yù)應(yīng)力螺栓6固定在主軸端蓋5上的中心孔上，從而實現(xiàn)了刀柄1和主軸2的連接；預(yù)應(yīng)力螺栓6通過電橋，動態(tài)應(yīng)變儀與計算機(jī)相連，利用扭矩扳手調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力螺栓6，在計算機(jī)上即可顯示出當(dāng)前刀柄-主軸系統(tǒng)拉刀力的大小，從而實現(xiàn)拉刀力的可調(diào)；刀柄1遠(yuǎn)離主軸端蓋5的一端設(shè)有加速度傳感器8，用于對刀柄1施力的力錘 7、加速度傳感器8、計算機(jī)及動態(tài)應(yīng)變儀都與LMS模態(tài)測試系統(tǒng)相連。主軸端蓋5與主軸2末端通過螺栓固定連接。所述力錘7采用型號為PCB-086C03的模態(tài)力錘；所述加速度傳感器8采用型號為 PCB-333B30的加速度傳感器；動態(tài)應(yīng)變儀采用BZ^68動態(tài)應(yīng)變儀。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下明顯的優(yōu)勢和有益效果本發(fā)明通過去除機(jī)床上伺服系統(tǒng)、冷卻以及拉刀等裝置，從而減小了整機(jī)測試時以上結(jié)構(gòu)所帶來的噪聲，提高了辨識精度，同時，為了分析不同條件下對刀柄-主軸結(jié)合部
3剛度的變化情況，將拉刀力的調(diào)節(jié)添加到本實驗裝置中，此調(diào)節(jié)裝置質(zhì)量小，對整體結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)不會帶來很大的干擾，故此實驗裝置可以精確測量拉刀刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)，此實驗裝置還可以測量其他類型刀柄-主軸特征參數(shù)。


圖1測量拉刀刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)的實驗裝置的連接示意圖；圖2為主軸示意圖；圖3為主軸端蓋示意圖；圖4為刀柄-主軸連接示意中1、刀柄，2、主軸，3、拉釘，4、加長桿，5、主軸端蓋，6、預(yù)應(yīng)力螺栓，7、力錘，8、
加速度傳感器。
具體實施例方式下面結(jié)合說明書附圖1-附圖4對本發(fā)明作進(jìn)一步說明本實施例的精確測量刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)的實驗裝置的基本原理是去除掉機(jī)床上的伺服、冷卻以及拉刀等裝置，并根據(jù)實際情況，通過添加預(yù)應(yīng)力螺栓來調(diào)節(jié)拉刀力的大小，而對整體測試時沒有附加額外的影響因素，從而達(dá)到了刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)的準(zhǔn)確辨識。此實驗裝置如圖1所示，包括刀柄1，主軸2，拉釘3，加長桿4，主軸端蓋5， 預(yù)應(yīng)力螺栓6。主軸端蓋5通過4個螺栓固定在主軸2末端，刀柄1與拉釘3連接在一起， 拉釘3通過加長桿4并利用預(yù)應(yīng)力螺栓6固定在主軸端蓋5上的中心孔上，從而實現(xiàn)了刀柄1和主軸2的連接，預(yù)應(yīng)力螺栓通過應(yīng)變儀與電腦相連，利用扭矩扳手調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力螺栓， 在電腦上可以讀出相應(yīng)的力的大小，實現(xiàn)了拉刀力的可調(diào)。分別測試刀柄、主軸，以及不同拉刀力的作用下刀柄-主軸系統(tǒng)的頻響函數(shù)，將以上數(shù)據(jù)代入到辨識公式中即可得到不同拉刀力下刀柄-主軸結(jié)合部的準(zhǔn)確的特征參數(shù)。如圖2所示為主軸示意圖，如圖3為主軸端蓋示意圖；圖4為刀柄-主軸連接示意圖，其具體的辨識過程如下基于機(jī)械阻抗的基本思想，將整體結(jié)構(gòu)離散為若干個子結(jié)構(gòu)，應(yīng)用機(jī)械阻抗方法， 分別建立每個子結(jié)構(gòu)的動力學(xué)方程，根據(jù)結(jié)構(gòu)間的實際連接情況，確定連接面處的位移和力約束條件，通過子結(jié)構(gòu)之間的約束條件，將各個子結(jié)構(gòu)的運動方程綜合起來從而得到整體結(jié)構(gòu)的運動方程和動力特性。結(jié)構(gòu)的動力學(xué)方程可寫為 - ω 2MX+i ω CX+KX = F寫成機(jī)械阻抗的形式為ZX = F(1)其中Z = - ω 2M+i ω C+K將(1)寫成頻響函數(shù)表達(dá)式為X = HF(2)上式中，X為結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)，H為結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)，F(xiàn)為結(jié)構(gòu)的作用力如圖4為簡化的刀柄-主軸結(jié)合部模型，整個模型可以分為3個部分刀柄結(jié)構(gòu)A，主軸結(jié)構(gòu)B和由n個彈簧阻尼器組成的結(jié)合部単元C，其中彈簧阻尼器與主軸和刀柄采用 剛性連接。e為刀柄A上的激振點，點1、2. . . n為刀柄結(jié)構(gòu)A上的結(jié)合點，點n+Un+2. 2n 為主軸結(jié)構(gòu)B上的結(jié)合點，點2n+l、2n+2. . . 3n為主軸結(jié)構(gòu)B上的測量點。根據(jù)式(2)建立
系統(tǒng)各個子結(jié)構(gòu)的動力學(xué)方程，裝配前A結(jié)構(gòu)的動力學(xué)方程為
權(quán)利要求
1.一種測量刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)的實驗裝置，包括刀柄(1)，主軸O)，拉釘 (3)，加長桿，主軸端蓋(5)，預(yù)應(yīng)力螺栓(6)；其特征在于主軸端蓋( 固定在主軸(2) 末端，刀柄(1)與拉釘C3)連接在一起，拉釘C3)連接加長桿(4)并通過預(yù)應(yīng)力螺栓(6)固定在主軸端蓋( 上的中心孔上，從而實現(xiàn)了刀柄(1)和主軸O)的連接；預(yù)應(yīng)力螺栓(6) 通過電橋，動態(tài)應(yīng)變儀與計算機(jī)相連，利用扭矩扳手調(diào)節(jié)預(yù)應(yīng)力螺栓(6)，在計算機(jī)上即可顯示出當(dāng)前刀柄-主軸系統(tǒng)拉刀力的大小，從而實現(xiàn)拉刀力的可調(diào)；刀柄(1)遠(yuǎn)離主軸端蓋 (5)的一端設(shè)有加速度傳感器(8)，用于對刀柄(1)施力的力錘(7)、加速度傳感器(8)、計算機(jī)及動態(tài)應(yīng)變儀都與LMS模態(tài)測試系統(tǒng)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)的實驗裝置，其特征在于主軸端蓋(5)與主軸( 末端通過螺栓固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種測量刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)的實驗裝置，其特征在于所述力錘(7)采用型號為PCB-086C03的模態(tài)力錘；所述加速度傳感器(8)采用型號為 PCB-333B30的加速度傳感器；動態(tài)應(yīng)變儀采用BZ^68動態(tài)應(yīng)變儀。
全文摘要
一種測量刀柄-主軸結(jié)合部特征參數(shù)的實驗裝置，包括主軸，主軸端蓋，預(yù)緊力螺栓，以及帶有加長連接桿的拉釘和刀柄。拉釘連接在刀柄上，并通過加長連接桿利用預(yù)緊力螺栓固定在主軸末端的主軸端蓋上，調(diào)節(jié)扭矩扳手上扭矩的大小，預(yù)緊力螺栓內(nèi)應(yīng)變片通過應(yīng)變儀在電腦中顯示出當(dāng)前預(yù)緊力的大小，從而調(diào)節(jié)刀柄與主軸之間的作用力即拉刀力的大小。分別對刀柄、主軸以及刀柄-主軸系統(tǒng)進(jìn)行測試，實現(xiàn)了不引進(jìn)過多誤差情況下，對刀柄-主軸結(jié)合部的特征參數(shù)進(jìn)行辨識，本裝置為切削穩(wěn)定性的預(yù)測以及刀柄的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。
文檔編號G01M7/02GK102445317SQ20111028654
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月23日
發(fā)明者劉志峰, 劉新宇, 程強, 蔡力鋼, 趙永勝, 郭鐵能 申請人:北京工業(yè)大學(xué)