利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置及测试方法制造方法及图纸

利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置及测试方法。激振装置要对每个测点进行激励，激振装置采用固定安装形式则无法实现多个不同位置测试点的激励。本发明专利技术组成包括：测试系统（33），其组成部分还包括测试位置变换装置（34）、气体激振装置（32），所述的测试位置变换装置安装在所述的龙门数控铣削加工中心的工作台上（17），所述的气体激振装置和所述的测试系统分别安装在所述的龙门数控铣削加工中心上，所述的测试位置变换装置包括水平X方向的测试位置移动装置（35）、绕Z周向测试位置移动装置（37）和竖直Z方向的测试位置移动装置（36）。本发明专利技术用于利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置及测试方法。

Dynamic test device and test method of high speed spindle system using gas excitation

The dynamic test device and test method of high speed spindle system with gas excitation are used. The excitation device should stimulate each measuring point, and the excitation device can not realize the excitation of many different position test points by fixed installation. The invention comprises a test system (33), the part also includes a test position conversion device (34), gas excitation device (32), work station of Longmen CNC milling center position transformation of the device is installed on the upper (17), Longmen CNC milling machining center testing system the gas excitation device and the respectively installed on the mobile device testing, test position position transform includes the horizontal X direction of the device (35), around Z weeks to test mobile location device (37) and the vertical direction of the Z test mobile device (36). The present invention is used for high speed spindle system dynamics testing device and test method using gas excitation.

【技术实现步骤摘要】
利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置及测试方法
：本专利技术涉及一种利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置及测试方法。
技术介绍
：高速铣削加工技术具有铣削力较小、柔性好、污染小，且加工精度一般可以达到工件最终工艺的要求，大幅提高加工效率，因此，广泛的应用于工件机械加工中，尤其是一些硬度高、曲面特征复杂、轮廓尺寸大的加工难度比较大的工件，对于这类工件一般应用龙门数控铣削加工中心。然而铣削过程易发生颤振，这是导致加工工件表面品质恶化的主要原因之一，铣削过程中的颤振数控铣削加工中心动力学特性密切相关，因此，若要有效控制铣削加工过程的颤振，进行铣削颤振稳定性预测，绘制铣削稳定域极限叶图，则须要获得准确的数控铣削加工中心的动力学特性。数控铣削加工中心在主轴高速旋转的情况下，会产生离心力、陀螺效应、刚度软化作用以及热变形，在此影响下主轴的轴承支撑刚度有所降低，主轴-刀柄-刀具结合面的接触刚度也会有所降低，这将直接导致主轴系统的动力学特性发生很大的变化，所以，若按照传统方法在主轴静止的状态下进行数控铣削加工中心动力学特性测试，在此基础上进行主轴旋转切削状态下的铣削颤振稳定性预测，则其预测的结果将存在着很大的误差，可见，在主轴高速旋转的状态下进行其动力学特性测试对加工状态下动力学特性分析评价和准确预测铣削颤振稳定性具有重要意义。在进行数控铣削加工中心主轴系统模态试验测试时，很多时候采用多点激励单点响应的方法，相对于单点激励，多点激励方法在测试中模态丢失的可能性较小，运用整体频响函数信息，故而参数识别精度较高，识别能力较强，多点激励方法需要在主轴系统的轴向和周向均匀布置n多个激励点，激振装置要对每个测点进行激励，如果对激振装置采用固定安装形式则无法实现多个不同位置测试点的激励。
技术实现思路
：本专利技术的目的是解决在主轴静态下进行动力学特性测试结果与主轴实际铣削加工状态下的动力学特性存在较大误差，激振装置采用固定安装形式无法实现多个不同位置测试点的激励的问题，提供一种可以实现激振装置在水平X、Y方向、竖直Z方向及绕Z周向的位置变换，且结构简单、操作方便、稳定可靠的一种利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置及测试方法。上述的目的通过以下的技术方案实现：一种利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置，其组成包括：测试系统，其组成部分还包括测试位置变换装置、气体激振装置，所述的测试位置变换装置安装在所述的龙门数控铣削加工中心的工作台上，所述的气体激振装置和所述的测试系统分别安装在所述的龙门数控铣削加工中心上，所述的测试位置变换装置包括水平X方向的测试位置移动装置、绕Z周向测试位置移动装置和竖直Z方向的测试位置移动装置。所述的利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置，所述的水平X方向的测试位置移动装置包括第一底座，所述的第一底座与所述的工作台通过螺栓连接，所述的第一底座上安装有丝杠，所述的丝杠的前后两端分别安装有导轨，所述的导轨与所述的丝杠平行并列布置，滑台套在所述的丝杠上与所述的丝杠形成丝杠螺母机构配合，所述的滑台的前后两端安装在所述的导轨上，所述的丝杠的一端安装有丝杠手柄。所述的利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置，所述的绕Z周向测试位置移动装置包括蜗轮底座，所述的蜗轮底座与所述的滑台通过螺栓连接，所述的蜗轮底座的一端安装有挡板，所述的挡板上具有狭缝，所述的蜗轮底座上安装有蜗轮、蜗杆，所述的蜗杆上安装有蜗杆手柄，所述的蜗轮与所述的蜗杆形成丝杠螺母机构配合。所述的利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置，所述的竖直Z方向的测试位置移动装置包括第二底座，所述的第二底座与所述的蜗轮通过螺栓连接，所述的第二底座上安装有两个导向杆，固定板端部的固定夹套在所述的导向杆上与所述的导向杆通过夹紧螺栓连接。所述的利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置，所述的气体激振装置包括高压喷嘴，所述的高压喷嘴安装在所述的固定板上，所述的高压喷嘴与气缸通过导气管路连接，所述的气缸与气泵连接，所述的高压喷嘴后安装有电磁阀，所述的电磁阀与电控单元电连接，所述的电控单元与电源电连接。所述的利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置，所述的测试系统包括激光位移传感器，所述的激光位移传感器安装在磁力表盘支座上，所述的磁力表盘支座的上端与所述的主轴箱固定连接，所述的激光位移传感器与数据采集系统电连接，所述的数据采集系统与计算机电连接。一种利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置的测试方法，该方法包括如下步骤：在进行测试实验之前需要对气体激振装置进行标定，首先将气体激振装置连接完好保证能正常喷射稳定压力的高压气体，在高压喷嘴的正前方一定距离处设置压力传感器，该距离与测试实验过程中高压喷嘴与主轴系统中激励点之间的距离一致，高压气体直接对压力传感器进行冲击，通过压力传感器测试稳定压力的高压气体产生的冲击力的大小并记录，该力为测试实验中的激振力的大小，而激振力的频率调节通过电控单元输出的脉冲信号控制电磁阀的开闭来实现；进行测试实验时，首先选定主轴转速，将数控加工中心调至该转速下运转，采用多点激励单点响应的方法，通过气体激振装置对激励点施加激励，通过激光位移传感器检测获得门数控铣削加工中心的主轴系统的振动响应，激励的波形和频率通过电控单元输出的脉冲信号进行调节，通过测试位置变换装置改变激励点的位置，重复相同的测试，可以获得不同激励点的测试数据，之后应用频响函数识别法进行分析计算，可以得到该转速下的数控加工中心高速主轴系统的动力学特性参数，即频响函数、固有频率、阻尼比、刚度和阵型等，改变主轴转速，经过同样的测试分析过程，即可以获得不同主轴转速下的高速主轴系统的动力学特性参数。有益效果：1.本专利技术是一种利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置及测试方法，在采用多点激励单点响应的方法时可以实现激振装置在水平X、Y方向、竖直Z方向及绕Z周向360°周向位置的变换，适用于多点激励方法进行主轴系统动力学测试，且结构简单、操作方便、稳定可靠。本专利技术采用气体激振装置，气泵可以对空气进行压缩从而形成高压气体并存储在气缸中，由气缸经导气管道输出的高压气体压力至高压喷嘴，由高压喷嘴喷射出高压气体实施冲击，对门数控铣削加工中心的主轴系统进行激励，在此过程中当出现气缸内高压气体压力下降时，气泵会及时向气缸补充高压气体，使高压气体的压力水平维持在一定的稳定水平范围内，高压喷嘴由电磁阀所控制，其中电磁阀与高压喷嘴进行一体化设置，并由测试位置变换装置定位在高速主轴系统测试点位置，通过高压气体的冲击力实施非接触式的激振，由电控单元控制并对其输送脉冲控制信号。本专利技术采用测试系统，激光位移传感器的位置正对门数控铣削加工中心的主轴系统待测量响应位置，用于测试门数控铣削加工中心的主轴系统振动响应，激光位移传感器和数据采集系统的信号输入端相连接，数据采集系统的数据传输到计算机。本专利技术的蜗轮底座的一端安装有挡板，挡板上具有狭缝，挡板立于激光位移传感器和被测装置之间，用于抵挡气体激振对于激光位移传感器的力干扰，挡板上的横向的狭缝可以通过激光位移传感器发出及反射回的光束进行门数控铣削加工中心的主轴系统端部振动响应的测试。本专利技术采用气体激振装置代替传统的接触式激振器或冲击力锤，激振信号不需要通过直接与被测系统直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置，其组成包括：测试系统，其特征是：其组成部分还包括测试位置变换装置、气体激振装置，所述的测试位置变换装置安装在所述的龙门数控铣削加工中心的工作台上，所述的气体激振装置和所述的测试系统分别安装在所述的龙门数控铣削加工中心上，所述的测试位置变换装置包括水平X方向的测试位置移动装置、绕Z周向测试位置移动装置和竖直Z方向的测试位置移动装置。

【技术特征摘要】
1.一种利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置，其组成包括：测试系统，其特征是：其组成部分还包括测试位置变换装置、气体激振装置，所述的测试位置变换装置安装在所述的龙门数控铣削加工中心的工作台上，所述的气体激振装置和所述的测试系统分别安装在所述的龙门数控铣削加工中心上，所述的测试位置变换装置包括水平X方向的测试位置移动装置、绕Z周向测试位置移动装置和竖直Z方向的测试位置移动装置。2.根据权利要求1所述的利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置，其特征是：所述的水平X方向的测试位置移动装置包括第一底座，所述的第一底座与所述的工作台通过螺栓连接，所述的第一底座上安装有丝杠，所述的丝杠的前后两端分别安装有导轨，所述的导轨与所述的丝杠平行并列布置，滑台套在所述的丝杠上与所述的丝杠形成丝杠螺母机构配合，所述的滑台的前后两端安装在所述的导轨上，所述的丝杠的一端安装有丝杠手柄。3.根据权利要求2所述的利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置，其特征是：所述的绕Z周向测试位置移动装置包括蜗轮底座，所述的蜗轮底座与所述的滑台通过螺栓连接，所述的蜗轮底座的一端安装有挡板，所述的挡板上具有狭缝，所述的蜗轮底座上安装有蜗轮、蜗杆，所述的蜗杆上安装有蜗杆手柄，所述的蜗轮与所述的蜗杆形成丝杠螺母机构配合。4.根据权利要求3所述的利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置，其特征是：所述的竖直Z方向的测试位置移动装置包括第二底座，所述的第二底座与所述的蜗轮通过螺栓连接，所述的第二底座上安装有两个导向杆，固定板端部的固定夹套在所述的导向杆上与所述的导向杆通过夹紧螺栓连接。5.根据权利要求1或2或3或4所述的利用气体激振的高速主轴系统动力学测试装置，其特征是：所述的气体激振装置包括高压喷嘴，所述的高压喷嘴安装在所述的固定板上，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜彦翠，崔健，刘献礼，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23