专利名称：液压动力卡盘夹持刚度测量装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机床液压动力卡盘性能测量技术领域，具体而言，涉及一种液压动力卡盘夹持刚度测量装置。
背景技术：
液压动力卡盘可以降低辅助夹紧时间和实现自动夹紧，在数控车床中得到了广泛应用。随着高速切削技术的发展，机床主轴转速越来越高，对液压动力卡盘的性能也提出了更高要求。夹持刚度特性是液压动力卡盘重要的性能指标，能够影响液压动力卡盘的夹紧效率、夹持精度与稳定性以及高速旋转时的动态夹紧力变化等。为了得到液压动力卡盘的夹持刚度，需要分别测量液压动力卡盘的轴向夹持刚度、径向弯曲夹持刚度和扭转夹持刚度。液压动力卡盘的夹持刚度特性是精确计算动态夹紧力和动态夹持精度的重要基础，对于确定液压动力卡盘的极限转速，提高车削过程(特别是高速车削过程)的安全性，充分发挥液压动力卡盘的高速潜能，以及优化液压动力卡盘的结构设计与应用具有重要意义。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。有鉴于此，本发明需要提供一种液压动力卡盘夹持刚度测量装置，所述液压动力卡盘夹持刚度测量装置至少可以用于测量液压动力卡盘在不同夹持条件及加载方式下液压动力卡盘的夹持刚度特性。根据本发明的实施例的一种液压动力卡盘夹持刚度测量装置，包括:试验台架；定位组件，所述定位组件设在所述试验台架的一端，用于定位所述液压动力卡盘并构造成可带动所述液压动力卡盘及安装在所述液压动力卡盘上的工件旋转；力加载器，所述力加载器设在与所述工件对应的位置处，以分别对工件施加轴向力和径向力；扭矩加载器，所述扭矩加载器设在与远离所述定位组件的、所述工件的第一轴向端面相对的位置处，以对所述液压动力卡盘上的工件施加扭转力；以及测量单元，所述测量单元通过测量工件的状态变化得到所述卡盘的夹持刚度。根据本发明的实施例的液压动力卡盘夹持刚度测量装置，以液压动力卡盘为测量对象，对其夹持刚度特性进行测量，包括轴向夹持刚度、径向弯曲夹持刚度和扭转夹持刚度，测量工件不同长径比、卡爪-工件不同刚度比、不同夹持参数、不同夹紧力、不同转速情况下液压动力卡盘夹持刚度的变化规律。该装置可以测量不同类型及规格的液压动力卡盘的夹持刚度特性，以获得液压动力卡盘的轴向夹持刚度、径向弯曲夹持刚度、扭转夹持刚度和动态时径向弯曲夹持刚度，从而为液压动力卡盘动态夹紧力模型和夹持精度模型提供可靠的夹持刚度特性参数。由此，可以测量液压动力卡盘的动态夹紧力随转速的变化情况，以及动态情况下液压动力卡盘的径向弯曲夹持刚度。并且，本发明实施例的液压动力卡盘夹持刚度测量装置的操作简单，测量精度高，具有良好的应用前景。根据本发明的一个实施例，所述定位组件包括:主轴，所述主轴的一端与所述液压动力卡盘固定连接；回转油缸，所述回转油缸与所述主轴的另一端连接并可带动所述主轴旋转；以及液压站，所述液压站为所述回转油缸供油。根据本发明的一个实施例，所述主轴与所述液压动力卡盘可拆卸地连接。根据本发明的一个实施例，进一步包括第一伺服控制系统，所述第一伺服控制系统用于对所述主轴的旋转进行控制。根据本发明的一个实施例，所述力加载器包括:轴向力加载器，所述轴向力加载器设在所述试验台架的另一端，并与所述工件的所述第一轴向端面相对设置，并构造成可对所述第一轴向端面施加轴向力；以及径向力加载器，所述径向力加载器设在所述试验台架的横向侧并与所述工件的侧面相对设置，并构造成可对所述工件的所述侧面施加径向力。根据本发明的一个实施例，所述轴向力加载器以及所述径向力加载器可沿轴向方向移动。根据本发明的一个实施例，液压动力卡盘夹持刚度测量装置进一步包括:第二伺服控制系统，所述第二伺服控制系统用于对所述轴向力加载器以及所述径向力加载器沿轴向方向的移动进行控制。根据本发明的一个实施例，所述测量单兀包括:第一杠杆式千分表，所述第一杠杆式千分表固定在所述试验台架上，所述第一杠杆式千分表的测杆与所述工件的侧壁接触，以通过工件的状态变化得出所述工件的轴向夹持刚度。根据本发明的一个实施例，所述测量单元包括:第二杠杆式千分表，所述第二杠杆式千分表固定试验台架上，以通过工件的状态变化得出所述工件的径向弯曲夹持刚度。根据本发明的一个实施例，所述测量单元包括:激光干涉仪，所述激光干涉仪的反光镜通过磁力座固定在工件上，且所述激光干涉仪的激光头、分光镜和反光镜位于同一条直线上并与位于所述工件的横向侧，以通过工件的状态变化得出所述工件的扭转夹持刚度及所述工件的动态时径向弯曲夹持刚度。本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:图1是根据本发明的一个实施例的液压动力卡盘夹持刚度测量装置的结构示意图；图2是根据本发明的一个实施例的液压动力卡盘夹持刚度测量装置的测量轴向夹持刚度的结构示意图；图3是根据本发明的一个实施例的液压动力卡盘夹持刚度测量装置的测量径向弯曲夹持刚度的结构示意图；图4是根据跟发明的一个实施例的液压动力卡盘夹持刚度测量装置的测量扭转夹持刚度的结构示意图；图5是根据本发明的一个实施例的液压动力卡盘夹持刚度测量装置的测量动态时径向弯曲加持刚度的结构示意图。
具体实施例方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。如图1所示，根据本发明的实施例的一种液压动力卡盘夹持刚度测量装置，包括:试验台架10、定位组件20、力加载器30、扭矩加载器40以及测量单元50。具体而言，定位组件20可以设在试验台架10的一端(参见图1)，用于定位液压动力卡盘100并构造成可带动液压动力卡盘100及安装在液压动力卡盘100上的工件200旋转，以方便通过测量安装在液压动力卡盘100上的工件200的状态变化以得到液压动力卡盘100的夹持刚度。力加载器30可以设在与工件200对应的位置处，以分别对工件200施加轴向力和径向力。扭矩加载器40设在与远离定位组件20的、工件200的第一轴向端面201 (即工件上远离定位组件的一端)相对的位置处，以对液压动力卡盘100上的工件200施加扭转力。通过对工件200施加轴向力、径向力以及扭转力来测量液压动力卡盘100的夹持刚度。需要说明的是，力加载器30设在与工件200对应的位置处是指，力加载器30可以固定在于第一轴向端面对应的位置处，也可以设在试验台架10的横向侧，只要适于对工件200施加作用力即可。测量单元50可以通过测量工件200的状态变化得到液压动力卡盘100的夹持刚度。根据本发明的实施例的液压动力卡盘夹持刚度测量装置，以液压动力卡盘100为测量对象，对其夹持刚度特性进行测量，包括轴向夹持刚度、径向弯曲夹持刚度和扭转夹持刚度，测量工件200不同长径比、卡爪-工件不同刚度比、不同夹持参数、不同夹紧力、不同转速情况下液压动力卡盘100夹持刚度的变化规律。该装置可以测量不同类型及规格的液压动力卡盘100的夹持刚度特性，以获得液压动力卡盘100的轴向夹持刚度、径向弯曲夹持刚度、扭转夹持刚度和动态时径向弯曲夹持刚度，从而为液压动力卡盘100动态夹紧力模型和夹持精度模型提供可靠的夹持刚度特性参数。由此，可以测量液压动力卡盘100的动态夹紧力随转速的变化情况，以及动态情况下液压动力卡盘100的径向弯曲夹持刚度。并且，本发明实施例的液压动力卡盘夹持刚度测量装置的操作简单，测量精度高，具有良好的应用前景。如图1所示，根据本发明的一个实施例，定位组件20可以包括:主轴21、回转油缸22、以及液压站23。具体而言，主轴21的一端与液压动力卡盘100固定连接。例如，根据本发明的一个实施例，主轴21与液压动力卡盘100可以为可拆卸地连接。由此，可以方便更换不同种类的液压动力卡盘100，以对不同类型及规格的液压动力卡盘100的夹持刚度进行测量。回转油缸22可以与主轴21的另一端连接并可带动主轴21旋转。液压站23为回转油缸22供油，以为液压动力卡盘加紧工件提供动力。根据本发明的一个实施例，可以进一步包括第一伺服控制系统(未不出)，第一伺服控制系统用于对主轴21的旋转进行控制。例如，第一伺服控制系统主轴21相连，以对主轴21的转速进行控制。由此，可以提高对液压动力卡盘100的测量效率，提高测量精度。如图1、图2、图3所示，根据本发明的一个实施例，力加载器30包括:轴向力加载器31以及径向力加载器32。具体地，轴向力加载器设在试验台架10的另一端(与定位组件20相对的一端)，并与工件200的第一轴向端面201相对设置，并构造成可对第一轴向端面施加轴向力(参见图2)。径向力加载器32设在试验台架10的横向侧并与工件200的侧面相对设置，并构造成可对工件200的侧面施加径向力。由此，可以通过对施加轴向力和径向力后的工件200的位置状态变化来测量出液压动力卡盘100的夹持刚度。根据本发明的一个实施例，轴向力加载器31以及径向力加载器32可沿轴向方向移动。由此，可以方便对不同规格的工件200施加轴向力和径向力。根据本发明的一个实施例，液压动力卡盘夹持刚度测量装置可以进一步包括:第二伺服控制系统(未示出)，第二伺服控制系统用于对轴向力加载器31以及径向力加载器32沿轴向方向的移动进行控制。例如，可以对轴向力加载器31以及径向力加载器32的轴向移动的距离和进行控制，方便使用者进行操作，方便对工件200施加轴向力和径向力。如图2所不,根据本发明的一个实施例,测量单兀50包括:第一杠杆式千分表60,第一杠杆式千分表60可以固定在试验台架10上,第一杠杆式千分表60的测杆61与工件200的侧壁接触，以通过工件200的状态变化得出工件200的轴向夹持刚度。由此，用第一杠杆式千分表60可以测量工件200的第一端面及夹持部位还有液压动力卡盘100的卡爪的轴向位移。在测量过程中，依次等间隔地通过轴向力加载器31增加轴向力的大小，得出一系列力-位移的数据，根据这些数据可以得出液压动力卡盘100的轴向夹持刚度。如图3所示，根据本发明的一个实施例，测量单元50包括:第二杠杆式千分表70，第二杠杆式千分表固定在试验台架10上，以通过工件200的状态变化得出工件200的径向弯曲夹持刚度。由此，使用第二杠杆式千分表70测量工件200的施力部位及夹持部位还有卡爪的径向位移，并依次等间隔地通过径向力加载器32增加径向力的大小，得出一系列力-位移的数据。根据这些数据可以得出液压动力卡盘100的径向弯曲夹持刚度。改变径向力的施加位置，重复上述步骤再进行测量，得出施力位置对径向弯曲夹持刚度的影响；改变径向力相对于液压动力卡盘100的卡爪的方向，例如改变液压动力卡盘100的三个卡爪的方向，重复上述步骤再进行测量，得出施力方向对径向弯曲夹持刚度的影响。根据本发明的一个实施例，为了方便测量，第二杠杆式千分表70可以通过磁力表座72固定在试验台架10上。如图4、图5所示，根据本发明的一个实施例，测量单元包括50:激光干涉仪80，激光干涉仪80的反光镜81通过磁力座82 (也可以是设在圆柱形工件的侧壁上的加载轴承)固定在工件200上，且激光干涉仪80的激光头83、分光镜84和反光镜81位于同一条直线上并与位于工件200的横向侧，以测量工件200的扭转夹持刚度及工件200的动态时径向弯曲夹持刚度。可以理解的是，可以用激光干涉仪80分别测量工件200施力部位及夹持部位的转角，并依次等间隔地增加扭矩的大小，得出一系列扭矩-转角的数据，以最终得出液压动力卡盘100的扭转夹持刚度。同理，可以用激光干涉仪80分别测量工件200施力部位及夹持部位还有卡爪的径向位移，依次等间隔地增加径向力的大小，得出一系列力-位移的数据。改变液压动力卡盘100的转速，重复上述步骤再进行测量，得出转速对动态径向弯曲夹持刚度的影响；改变径向力的施加位置，重复上述步骤再进行测量，得出施力位置对动态径向弯曲夹持刚度的影响。由此，可以得到动态时径向弯曲夹持刚度。下面参考附图对本发明的实施例的液压动力卡盘夹持刚度测量装置的测量步骤进行详细说明。参见图1、图2所示，液压动力卡盘100的轴向夹持刚度的测量步骤如下:首先，设定好供油压力，使液压动力卡盘100夹紧工件，锁定液压动力卡盘100使其不能旋转；将轴向力加载器31安装在试验台架10的另一端(与定位组件20相对的一端)，并沿轴向移动轴向力加载器31,使力轴向力加载器31的顶杆端面与工件200的第一端面平行并接触；将第一杠杆式千分表60可以通过磁力表座固定于试验台架10上,使第一杠杆式千分表60的测杆61与被测部位保持接触并预压一定刻度；对工件200的第一端面施加一定的轴向力，用第一杠杆式千分表60分别测量工件端面及夹持部位还有卡爪的轴向位移，依次等间隔地增加轴向力的大小，得出一系列力位移的数据。参见图1、图3所示，液压动力卡盘100的径向弯曲夹持刚度的测量步骤如下:首先，设定好供油压力，使液压动力卡盘100夹紧工件200，锁定液压动力卡盘100使其不能旋转；将径向力加载器32安装在试验台架10上，轴向移动径向力加载器32，使径向力加载器32的轴线与工件轴线垂直并使顶杆端面与工件接触；将第二杠杆式千分表70可以通过磁力表座固定在试验台架10上，使第二千分表70的测杆71与被测部位保持接触并预压一定刻度；对工件200施加一定的径向力，用第二杠杆式千分表70分别测量工件200的施力部位及夹持部位还有卡爪的径向位移，依次等间隔地增加径向力的大小，得出一系列力-位移的数据。改变径向力的施加位置，重复上述步骤再进行测量，得出施力位置对径向弯曲夹持刚度的影响；改变径向力相对于三个卡爪的方向，重复上述步骤再进行测量，得出施力方向对径向弯曲夹持刚度的影响。参见图1、图4所示,液压动力卡盘100的扭转夹持刚度的测量步骤如下:首先，设定好供油压力，使液压动力卡盘100夹紧工件，锁定液压动力卡盘100使其不能旋转；将扭矩加载器40固定于试验台架10上，使扭矩加载器40的顶杆端面与工件端面平行并接触；将激光干涉仪80通过三角架固定于地面上，将反光镜81通过磁力座82固定于工件200上，使激光头83、分光镜84和反光镜81位于一条直线上，调整分光镜84与反光镜81之间的相对距离,使两束光的光斑重合到一个点上,此时将分光镜84固定于试验台架10上；对工件200的第一端面施加一定的扭矩，用激光干涉仪80分别测量工件施力部位及夹持部位的转角，依次等间隔地增加扭矩的大小，得出一系列扭矩-转角的数据。参见图1、图5所示，液压动力卡盘100的动态时径向弯曲夹持刚度的测量步骤如下:首先，设定好供油压力，使液压动力卡盘100夹紧工件200，在工件200上安装一加载轴承，设定一定的转速使液压动力卡盘100旋转；移动径向力加载器32，使径向力加载器32的轴线与工件200的轴线垂直并使顶杆端面与加载轴承外圈接触；将激光干涉仪80通过三角架固定于地面上，将反光镜81通过磁力座(未不出)固定于加载轴承90外圈上,使激光头83、分光镜84和反光镜81位于一条直线上(与径向加载方向一致)，调整分光镜84与反光镜81之间的相对距离，使两束光的光斑重合到一个点上，此时将分光镜84通过磁力座固定于试验台架10上；对工件200施加一定的径向力，用激光干涉仪80分别测量工件200施力部位及夹持部位还有卡爪的径向位移，依次等间隔地增加径向力的大小，得出一系列力-位移的数据。改变卡盘转速，重复上述步骤再进行测量，得出转速对动态径向弯曲夹持刚度的影响；改变径向力的施加位置，重复上述步骤再进行测量，得出施力位置对动态径向弯曲夹持刚度的影响。在进行完以上步骤后，分别改变工件200的长径比、卡爪-工件的刚度比、夹持参数、夹紧力等，可以测得不同条件下液压动力卡盘的夹持刚度特性。通过更换液压动力卡盘100，再进行上述试验，可以测得不同类型及规格液压动力卡盘100的夹持刚度特性。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1.一种液压动力卡盘夹持刚度测量装置，其特征在在于，包括: 试验台架； 定位组件，所述定位组件设在所述试验台架的一端，用于定位所述液压动力卡盘并构造成可带动所述液压动力卡盘及安装在所述液压动力卡盘上的工件旋转； 力加载器，所述力加载器设在与所述工件对应的位置处，以分别对工件施加轴向力和径向力； 扭矩加载器，所述扭矩加载器设在与远离所述定位组件的、所述工件的第一轴向端面相对的位置处，以对所述液压动力卡盘上的工件施加扭转力；以及 测量单元，所述测量单元通过测量工件的状态变化得到所述卡盘的夹持刚度。
2.根据权利要求1所述的液压动力卡盘夹持刚度测量装置，其特征在于，所述定位组件包括: 主轴，所述主轴的一端与所述液压动力卡盘固定连接； 回转油缸，所述回转油缸与所述主轴的另一端连接并可带动所述主轴旋转；以及 液压站,所述液压站为所述回转油缸供油。
3.根据权利要求2所述的液压动力卡盘夹持刚度测量装置，其特征在于，所述主轴与所述液压动力卡盘可拆卸地连接。
4.根据权利要求2所述的液压动力卡盘夹持刚度测量装置，其特征在于，进一步包括第一伺服控制系统，所述第一伺服控制系统用于对所述主轴的旋转进行控制。
5.根据权利要求1所述的液压动力卡盘夹持刚度测量装置，其特征在于，所述力加载器包括: 轴向力加载器，所述轴向力加载器设在所述试验台架的另一端，并与所述工件的所述第一轴向端面相对设置，并构造成可对所述第一轴向端面施加轴向力；以及 径向力加载器，所述径向力加载器设在所述试验台架的横向侧并与所述工件的侧面相对设置，并构造成可对所述工件的所述侧面施加径向力。
6.根据权利要求5所述的液压动力卡盘夹持刚度测量装置，其特征在于，所述轴向力加载器以及所述径向力加载器可沿轴向方向移动。
7.根据权利要求6所述的液压动力卡盘夹持刚度测量装置，其特征在于，进一步包括:第二伺服控制系统，所述第二伺服控制系统用于对所述轴向力加载器以及所述径向力加载器沿轴向方向的移动进行控制。
8.根据权利要求5所述的液压动力卡盘夹持刚度测量装置，其特征在于，所述测量单兀包括:第一杠杆式千分表，所述第一杠杆式千分表固定在试验台架上，所述第一杠杆式千分表的测杆与所述工件的侧壁接触，以通过工件的状态变化得出所述工件的轴向夹持刚度。
9.根据权利要求5或者8所述的液压动力卡盘夹持刚度测量装置，其特征在于，所述测量单元包括:第二杠杆式千分表，所述第二杠杆式千分表固定在试验台架上，以通过工件的状态变化得出所述工件的径向弯曲夹持刚度。
10.根据权利要求9所述的液压动力卡盘夹持刚度测量装置，其特征在于，所述第二杠杆式千分表通过磁力表座固定在所述试验台架上。
11.根据权利要求5、8或者9所述的液压动力卡盘夹持刚度测量装置，其特征在于，所述测量单元包括:激光干涉仪，所述激光干涉仪的反光镜通过磁力座固定在工件上，且所述激光干涉仪的激光头、分光镜和反光镜位于同一条直线上并与位于所述工件的横向侧，以通过工件的 状态变化得出所述工件的扭转夹持刚度及所述工件的动态时径向弯曲夹持刚度。
全文摘要
本发明公开了一种液压动力卡盘夹持刚度测量装置，包括试验台架；定位组件，定位组件设在试验台架的一端，用于定位液压动力卡盘并构造成可带动液压动力卡盘及安装在液压动力卡盘上的工件旋转；力加载器，力加载器设在与工件对应的位置处，以分别对工件施加轴向力和径向力；扭矩加载器，扭矩加载器设在与远离定位组件的、工件的第一轴向端面相对的位置处，以对液压动力卡盘上的工件施加扭转力；以及测量单元，测量单元通过测量工件的状态变化得到卡盘的夹持刚度。根据本发明的液压动力卡盘夹持刚度测量装置，操作简单，测量精度高，具有良好的应用前景。
文档编号G01M13/00GK103149020SQ20131005127
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月16日 优先权日2013年2月16日
发明者张建富, 冯平法, 赵沿民, 吴志军, 郁鼎文 申请人:清华大学