CN102175436B - 一种基于mems的机床主轴动刚度的测试方法 - Google Patents

一种基于mems的机床主轴动刚度的测试方法 Download PDF

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Abstract

一种基于MEMS的机床主轴动刚度的测试方法，首先在机床主轴的轴肩上沿垂直方向安装力传感器和加速度传感器，在机床主轴上靠近砂轮处贴反光带，在机床机柜内壁靠近反光带的位置安装光电传感器，将传感器与工控机相连，然后通过矩阵实验室(MATLAB)软件对采集到的法向加速度通过
Figure DSA00000414370600011
对信号a(t)进行积分计算，得到法向位移信号S(t)，再对采集到的法向力F(t)和位移S(t)通过

Description

一种基于MEMS的机床主轴动刚度的测试方法
技术领域
本发明涉及机床主轴动刚度测试领域，具体涉及一种基于MEMS的机床主轴动刚度的测试方法。
背景技术
MEMS是微电子机械***的缩写，是指集微型传感器、执行器以及信号处理和控制电路、接口电路、通信和电源于一体的微型机电***。其目标是通过***的微型化、集成化来探索具有新原理、新功能的元件和***。
主轴是机床的重要组成部分之一，主轴的动态性能的优劣直接影响着机床对工件的加工质量以及机床生产率，机床的主轴动刚度是主轴动态性能的主要评价指标，它反映了机床抵抗外载荷的能力，对于工件的加工质量以及机床寿命都有影响。对于目前的机床设计及制造，普遍的观点是要通过增加刚度来减少机床的震动影响，因此，动刚度的测量十分重要，然而，国内外对于机床动刚度的研究还处于起步阶段，机床动刚度的测量往往依靠经验进行，并没有明确的动刚度准则，存在动刚度的测试精度低，测量成本高的缺点。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于MEMS的机床主轴动刚度的测试方法，提高了动刚度的测试精度，具有动刚度的测试精度高，测量成本低的优点。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于MEMS的机床主轴动刚度的测试方法，包括以下步骤：
第一步，在机床主轴1的轴肩5上沿垂直方向安装力传感器3和加速度传感器4，在机床主轴上靠近砂轮9处贴反光带2，在机床机柜6内壁靠近反光带2的位置安装光电传感器7，将力传感器3、加速度传感器4和光电传感器7与工控机8相连；
第二步，通过矩阵实验室(MATLAB)软件对采集到的法向加速度通过对信号a(t)进行积分计算，得到法向位移信号S(t)；
第三步，对采集到的法向力F(t)和法向位移S(t)通过
Figure BSA00000414370800022
进行傅立叶变换为幅值谱，得到法向力F(ω)和位移S(ω)；
第四步，根据法向力F(ω)和法向位移S(ω)通过G(ω)＝F(ω)/S(ω)计算得到动态刚度G(ω)；
第五步，通过比较不同工况下测得的动刚度，可以对机床的工况是否安全进行评定。
由于本发明采用了力传感器3、加速度传感器4和光电传感器7，通过对原始信号进行采集和分析，故而提高了动刚度的测试精度，具有动刚度的测试精度高等优点。
附图说明
附图为本发明的力传感器2、加速度传感器3、光电传感器4的安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述，本实施例采用磨床进行测试。
一种基于MEMS的机床主轴动刚度的测试方法，包括以下步骤：
第一步，参照附图，在机床主轴1的轴肩5上沿垂直方向安装力传感器3和加速度传感器4，同步采集机床主轴的法向力信号F(t)和机床主轴的法向加速度信号a(t)，在机床主轴1上靠近砂轮9处贴反光带2，在机床机柜6内壁上靠近反光带2的位置安装光电传感器7，使光电传感器7能够照射在反光带2上采集鉴向信号，从而进行转速测定，将力传感器3、加速度传感器4和光电传感器7与工控机8相连；
第二步，通过矩阵实验室(MATLAB)软件对采集到的法向加速度通过
Figure BSA00000414370800031
对信号号a(t)进行积分计算，得到法向位移信号S(t)；
第三步，对采集到的法向力F(t)和位移S(t)通过
Figure BSA00000414370800032
进行傅立叶变换为幅值谱，得到法向力F(ω)和位移S(ω)；
第四步，根据法向力F(ω)和法向位移S(ω)计算动态刚度G(ω)＝F(ω)/S(ω)；
第五步，通过比较不同工况下测得的动刚度，可以对机床的工况是否安全进行评定。
附图中：1为机床主轴；2为反光片；3为力传感器；4为加速度传感器；5为轴肩；6为机床机柜；7为光电传感器；8为工控机；9为砂轮。

Claims (1)

1.一种基于MEMS的机床主轴动刚度的测试方法，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，在机床主轴(1)的轴肩(5)上沿垂直方向安装力传感器(3)和加速度传感器(4)，在机床主轴上靠近砂轮(9)处贴反光带(2)，在机床机柜(6)内壁靠近反光带(2)的位置安装光电传感器(7)，将力传感器(3)、加速度传感器(4)和光电传感器(7)与工控机(8)相连；
第二步，通过矩阵实验室软件，即MATLAB对采集到的法向加速度通过
Figure FDA0000154875020000011
对信号a(t)进行积分计算，得到法向位移信号S(t)；
第三步，对采集到的法向力F(t)和位移S(t)通过
Figure FDA0000154875020000012
进行傅立叶变换为幅值谱，得到法向力F(ω)和位移S(ω)；
第四步，根据法向力F(ω)和法向位移S(ω)通过G(ω)＝F(ω)/S(ω)计算得到动刚度G(ω)；
第五步，通过比较不同工况下测得的动刚度，可以对机床的工况是否安全进行评定。
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