機床靜剛度測試系統(tǒng)的開發(fā)設計

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1、第一章前言1.1靜剛度測試的研究現(xiàn)狀在外力的作用下，材料、構件或結構抵抗外力變形的能力，我們稱之為剛度。材料剛度的衡量方式是產生單位變形時所需的外力值大小。材料的剛度取決于材料本身的彈性模量E和剪切模量G。而結構的剛度是與其所組成的材料的剛度大小以及結構的幾何形狀和邊界條件還有結構所受的外力的作用形式有關[1]。靜剛度測量對工藝系統(tǒng)和制造業(yè)有著絕對的重要性，因此對于靜剛度測試系統(tǒng)的研究從來沒有間斷過。國內傳統(tǒng)的測試方法是在機床上安裝了加載裝置后,再在床頭,床尾,床身和加力裝置上安裝千分表。在實驗時，通過加力裝置模擬刀具對車床施加切削力,再通過千分

2、表,讀出刀架、床頭、床尾的變形量。再通過實驗前的標定,就可以手工計算出剛度值。傳統(tǒng)方法中用的千分表測量,是機械式的,接觸式的,在測試過程中,千分表的反應靈敏度不高,經常性的出現(xiàn)滯后現(xiàn)象,因此測量的數(shù)據(jù)偏差非常大,而且需要手工計算靜剛度值和手工繪制曲線,測量方法很落后,不適應現(xiàn)代科學發(fā)展要求。因此計算機控制的自動測控系統(tǒng)隨之產生。關于機床靜剛度的自動測量系統(tǒng)，曾經有人研制過一種以單片機為核心的機床靜剛度測試系統(tǒng)。此測試系統(tǒng)只能通過LED動態(tài)的顯示剛度值。實驗完畢后，再用微型打印機輸出剛度曲線。這個測試系統(tǒng)的適時性差，不夠直觀。1.2測試系統(tǒng)的研究現(xiàn)

3、狀測試技術是測量和試驗技術的總稱。隨著現(xiàn)代生產的發(fā)展和工程科學研究對測試及其相關技術的更大的需求，推動了測試技術更加迅猛的發(fā)展，而迅速發(fā)展的現(xiàn)代物理學，信息科學，計算機科學，電子科學等為測試技術提供了知識和技術支持，從而促使測試技術得到極大的發(fā)展和應用[2]。20世紀80年代，計算機技術、大規(guī)模集成電路技術和通信技術飛速發(fā)展。計算機技術與傳感器技術、通信技術相互結合，測試技術與計算機技術的關系發(fā)生了根本性的變化，計算機已成為現(xiàn)代測試和測量系統(tǒng)的基礎。微處理器成為了測試系統(tǒng)的核心。各儀器之間通過適當?shù)慕涌谟酶鞣N總線相連，以實現(xiàn)自動測試。微處理器通過

4、軟件控制數(shù)據(jù)采集，多儀器組成的測試系統(tǒng)正常運轉，并對采集的數(shù)據(jù)進行處理，最后將處理的結果存儲或打印、顯示輸出。隨著微電子技術的不斷發(fā)展，超大規(guī)模集成電路芯片（單片機）的發(fā)明，出現(xiàn)了智能化測量控制系統(tǒng)。即以單片機為主體將計算機技術與測量控制技術結合配以相關元器件組成的智能儀器。1.3機床靜剛度測試系統(tǒng)開發(fā)的目的和意義隨著科學技術的不斷發(fā)展，工業(yè)機床向高精度和自動化方向發(fā)展,機床的剛度已然成為了提高加工精度和加工穩(wěn)定性的重要因素。一臺機床的剛度數(shù)值能客觀的反映機床設計、工藝和裝配質量的優(yōu)劣,同時也影響到零件的加工質量。很多優(yōu)秀的技術工人在加工過程中，

5、常常為高精度產品不能達到準確的精度而頭疼不已，而提高加工精度往往又要耗費大量時間，影響加工效率。機床靜剛度測試系統(tǒng)的開發(fā)目的是分析機床受力變形對加工精度和生產效率的影響。機床的剛度反映了機床結構抵抗變形的能力，是衡量機床性能的重要依據(jù)。通過此次研究設計開發(fā)，不僅掌握有關剛度理論知識，而且這次的機械設計制造是光、機、電、自動控制等多學科融合的一體化系統(tǒng)工程，能夠鍛煉分析問題和解決問題能力，為以后在實際工作中的設計開發(fā)打下扎實的基礎?？傊?，此次靜剛度測試系統(tǒng)的開發(fā)課題有著重要的作用和積極的意義。本次方案設計汲取了傳統(tǒng)剛度測試方法的優(yōu)點,在機械制造的基

6、礎上結合現(xiàn)今比較先進的傳感技術、自動控制技術和微機測試技術,以VB軟件設計編輯出數(shù)據(jù)交流平臺，對機床靜剛度測試系統(tǒng)進行了深入研究,設計開發(fā)出更為高效、高精度的自動化測試系統(tǒng)。第二章總體方案設計基本了解測試系統(tǒng)所需要的一些功能并且分析。機電一體化系統(tǒng)應有機械本體，動力單元，傳感檢測單元，執(zhí)行驅動單元，控制與信息處理單元以及接口[3]。通過數(shù)學模型，簡要的分析靜剛度測試的一些理論知識。初步設計測試系統(tǒng)的軟件部分和硬件部分，掌握大致框架。2.1測試系統(tǒng)功能(1).通過合理的硬件安裝，能夠采集到誤差較小的數(shù)據(jù)并能適時生成曲線；(2).通過VB軟件設計出友

7、好人機界面，并能實現(xiàn)手動加載和自動加載兩種模式下，對機床靜剛度自動適時測量。(3).通過數(shù)據(jù)報表實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)庫查詢、比對并生成曲線和打?。?4).測試系統(tǒng)軟件應有必要的詳細的注釋，對于快速、簡便的理解程序有著重要的幫助。2.2測試系統(tǒng)設計基本原理只有選擇靈敏度高的傳感器和平穩(wěn)均勻的加載裝置進行加載，才能精確測量力和位移的大小，。對此在設計實驗中選擇了電阻應變片式壓力傳感器和電渦流位移傳感器進行測量，測出信號分別通過儀表放大器和DGB-5A電感測微儀進行信號處理，均勻加載裝置選擇了110BYG404型步進電機。位移和壓力傳感器輸出的模擬信號通過A

8、/D轉換，輸出數(shù)字信號。由于測到的輸出信號較小，必須要進行功率放大，而功放源為經過電源板降壓、穩(wěn)壓、濾波處理的三相交流電，此時輸出的信號