专利名称：一种精确测量刀柄-主轴结合部特征参数的实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用以精确测量刀柄-主轴结合部特征参数的实验装置，可以准确获得刀柄在不同拉刀力作用下的刀柄-主轴结合部特征参数，属于机械设计、制造、测试领域。
背景技术：
刀柄-主轴结合部特征参数的识别过程，主要有以下方式考虑在整机或实验台上完成刀柄-主轴结合部特征参数辨识过程，这两种方式都要首先测量装配前刀柄结构上刀柄与主轴结合部点之间的频响函数以及刀柄端部激振点与刀柄结合部点的之间的频响函数，然后测量主轴上主轴与刀柄结合部点之间的频响函数，最后将刀柄安装在主轴上，测量刀柄上激振点之间的传递函数，将以上数据代入到辨识公式即可计算出柄_主轴结合部的特征参数。这两种方式虽然可以辨识出刀柄_主轴结合部的特征参数，但在测量装配前主轴上主轴与刀柄结合部点之间的频响函数，以及测量装配后刀柄激振点之间的传递函数时，由于电机、伺服装置、冷却系统以及其他结合部等因素的影响，辨识结果误差较大，不能准确反映真实的连接情况。
实用新型内容本实用新型的目的在于，针对在整机和实验台上测试存在的不足，提供一种精确测量刀柄_主轴结合部特征参数的实验装置，通过设计制造新的实验装置来减少噪声以及其他零部件带来的附加干扰因素对辨识结果的影响，并可以利用最小二乘法辨识公式进行求解，从而提高辨识精度。本实用新型能够实现在不同拉刀力下刀柄-主轴结合部特征参数的准确辨识。本实用新型是采用以下技术手段实现的一种测量刀柄_主轴结合部特征参数的实验装置，包括刀柄1，主轴2，拉钉3，加长杆4，主轴端盖5，预应力螺栓6 ；主轴端盖5固定在主轴2末端，刀柄1与拉钉3连接在一起，拉钉3连接加长杆4并通过预应力螺栓6固定在主轴端盖5上的中心孔上，从而实现了刀柄1和主轴2的连接；预应力螺栓6通过电桥，动态应变仪与计算机相连，利用扭矩扳手调节预应力螺栓6，在计算机上即可显示出当前刀柄-主轴系统拉刀力的大小，从而实现拉刀力的可调；刀柄1远离主轴端盖5的一端设有加速度传感器8，用于对刀柄1施力的力锤7、加速度传感器8、计算机及动态应变仪都与LMS模态测试系统相连。主轴端盖5与主轴2末端通过螺栓固定连接。所述力锤7采用型号为PCB-086C03的模态力锤；所述加速度传感器8采用型号为 PCB-333B30的加速度传感器；动态应变仪采用BZ2668动态应变仪。本实用新型与现有技术相比，具有以下明显的优势和有益效果本实用新型通过去除机床上伺服系统、冷却以及拉刀等装置，从而减小了整机测试时以上结构所带来的噪声，提高了辨识精度，同时，为了分析不同条件下对刀柄-主轴结合部刚度的变化情况，将拉刀力的调节添加到本实验装置中，此调节装置质量小，对整体结构的频响函数不会带来很大的干扰，故此实验装置可以精确测量拉刀刀柄-主轴结合部特征参数，此实验装置还可以测量其他类型刀柄-主轴特征参数。
图1测量拉刀刀柄-主轴结合部特征参数的实验装置的连接示意图；图2为主轴示意图；图3为主轴端盖示意图；图4为刀柄_主轴连接示意图图中1、刀柄，2、主轴，3、拉钉，4、加长杆，5、主轴端盖，6、预应力螺栓，7、力锤，8、
加速度传感器。
具体实施方式
下面结合说明书附图1-附图4对本实用新型作进一步说明本实施例的精确测量刀柄-主轴结合部特征参数的实验装置的基本原理是去除掉机床上的伺服、冷却以及拉刀等装置，并根据实际情况，通过添加预应力螺栓来调节拉刀力的大小，而对整体测试时没有附加额外的影响因素，从而达到了刀柄-主轴结合部特征参数的准确辨识。此实验装置如图1所示，包括刀柄1，主轴2，拉钉3，加长杆4，主轴端盖5， 预应力螺栓6。主轴端盖6通过4个螺栓固定在主轴2末端，刀柄1与拉钉3连接在一起， 拉钉3通过加长杆4并利用预应力螺栓5固定在主轴端盖6上的中心孔上，从而实现了刀柄1和主轴2的连接，预应力螺栓通过应变仪与电脑相连，利用扭矩扳手调节预应力螺栓， 在电脑上可以读出相应的力的大小，实现了拉刀力的可调。分别测试刀柄、主轴，以及不同拉刀力的作用下刀柄-主轴系统的频响函数，将以上数据代入到辨识公式中即可得到不同拉刀力下刀柄_主轴结合部的准确的特征参数。如图2所示为主轴示意图，如图3为主轴端盖示意图；图4为刀柄_主轴连接示意图，其具体的辨识过程如下具体的辨识过程如下基于机械阻抗的基本思想，将整体结构离散为若干个子结构，应用机械阻抗方法， 分别建立每个子结构的动力学方程，根据结构间的实际连接情况，确定连接面处的位移和力约束条件，通过子结构之间的约束条件，将各个子结构的运动方程综合起来从而得到整体结构的运动方程和动力特性。结构的动力学方程可写为- ω 2MX+i ω CX+KX = F写成机械阻抗的形式为ZX = F (1)其中Z = _ ω 2M+i ω C+K将(1)写成频响函数表达式为X = HF (2)上式中，X为结构的位移响应，H为结构的频响函数，F为结构的作用力[0030]如图4为简化的刀柄-主轴结合部模型，整个模型可以分为3个部分刀柄结构A， 主轴结构B和由η个弹簧阻尼器组成的结合部单元C，其中弹簧阻尼器与主轴和刀柄采用刚性连接。e为刀柄A上的激振点，点1>2...η为刀柄结构A上的结合点，点η+Κη+2. · · 2n 为主轴结构B上的结合点，点2n+l、2n+2. . . 3n为主轴结构B上的测量点。根据式(2)建立
系统各个子结构的动力学方程，装配前A结构的动力学方程为
权利要求1.一种测量刀柄-主轴结合部特征参数的实验装置，包括刀柄(1)，主轴(2)，拉钉 (3)，加长杆(4)，主轴端盖(5)，预应力螺栓(6)；其特征在于主轴端盖(5)固定在主轴(2) 末端，刀柄(1)与拉钉(3)连接在一起，拉钉(3)连接加长杆(4)并通过预应力螺栓(6)固定在主轴端盖(5)上的中心孔上，从而实现了刀柄(1)和主轴(2)的连接；预应力螺栓(6) 通过电桥，动态应变仪与计算机相连，利用扭矩扳手调节预应力螺栓(6)，在计算机上即可显示出当前刀柄-主轴系统拉刀力的大小，从而实现拉刀力的可调；刀柄(1)远离主轴端盖 (5)的一端设有加速度传感器(8)，用于对刀柄(1)施力的力锤(7)、加速度传感器(8)、计算机及动态应变仪都与LMS模态测试系统相连。
2.根据权利要求1所述的一种测量刀柄_主轴结合部特征参数的实验装置，其特征在于主轴端盖(5)与主轴(2)末端通过螺栓固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种测量刀柄_主轴结合部特征参数的实验装置，其特征在于所述力锤(7)采用型号为PCB-086C03的模态力锤；所述加速度传感器(8)采用型号为 PCB-333B30的加速度传感器；动态应变仪采用BZ2668动态应变仪。
专利摘要一种测量刀柄-主轴结合部特征参数的实验装置，包括主轴，主轴端盖，预紧力螺栓，以及带有加长连接杆的拉钉和刀柄。拉钉连接在刀柄上，并通过加长连接杆利用预紧力螺栓固定在主轴末端的主轴端盖上，调节扭矩扳手上扭矩的大小，预紧力螺栓内应变片通过应变仪在电脑中显示出当前预紧力的大小，从而调节刀柄与主轴之间的作用力即拉刀力的大小。分别对刀柄、主轴以及刀柄-主轴系统进行测试，实现了不引进过多误差情况下，对刀柄-主轴结合部的特征参数进行辨识，本装置为切削稳定性的预测以及刀柄的结构优化提供依据。
文档编号G01M7/02GK202229900SQ201120361478
公开日2012年5月23日 申请日期2011年9月23日 优先权日2011年9月23日
发明者刘志峰, 刘新宇, 程强, 蔡力钢, 赵永胜, 郭铁能 申请人:北京工业大学