本發(fā)明屬于機(jī)械振動(dòng)與測(cè)試領(lǐng)域，特別涉及一種內(nèi)置式機(jī)床主軸軸向動(dòng)剛度測(cè)試裝置及測(cè)試方法。該裝置及方法用于數(shù)控機(jī)床在實(shí)際切削狀態(tài)下的主軸軸向動(dòng)態(tài)剛度的測(cè)試。

背景技術(shù)：

機(jī)床的動(dòng)態(tài)性能反映機(jī)床抵抗動(dòng)態(tài)外載荷的能力，與負(fù)荷能力及抗振性密切相關(guān)，直接影響機(jī)床的加工精度與零件的加工質(zhì)量，其中動(dòng)剛度是衡量機(jī)床動(dòng)態(tài)性能的重要指標(biāo)。機(jī)床的動(dòng)剛度是指機(jī)床在以一定頻率變化的正弦交變載荷作用下所表現(xiàn)出的剛度，表征機(jī)床承受交變動(dòng)載荷時(shí)抵抗動(dòng)態(tài)位移變化的能力，在數(shù)值上等于機(jī)床產(chǎn)生單位振幅所需的動(dòng)態(tài)激振力，是衡量抗振能力的主要指標(biāo)，機(jī)床動(dòng)剛度越大，在動(dòng)態(tài)載荷作用下振幅越小，機(jī)床抗振能力越好，加工精度越高。反之，動(dòng)剛度越小，振幅越大，加工精度越低。

目前對(duì)主軸動(dòng)剛度的研究主要以建模仿真、有限元分析為主，測(cè)試方法也多集中于空載運(yùn)行測(cè)試和離線實(shí)驗(yàn)測(cè)試法，空載運(yùn)行測(cè)試工程上常用錘擊法、激振器激振、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速儀法和利用傳動(dòng)方式減速后加載測(cè)試，該類方法均為接觸式激振和加載，不穩(wěn)定，而且常常需要復(fù)雜的輔助器械，成本高，機(jī)器磨損嚴(yán)重；離線實(shí)驗(yàn)測(cè)試法一般采用液壓系統(tǒng)或電磁系統(tǒng)對(duì)主軸進(jìn)行靜態(tài)加載，模擬主軸的受力狀況，不足之處在于加載裝置復(fù)雜、占用空間大、一般需要搭建專用試驗(yàn)臺(tái)，將主軸拆卸下來進(jìn)行離線實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，且僅適用于專用主軸，不具有通用性，這與被測(cè)主軸在實(shí)際切削狀態(tài)下的真實(shí)受力情況也有很大差距。

申請(qǐng)?zhí)枮?01310215687.6的中國專利公開了一種非接觸式機(jī)床主軸運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)剛度檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括電磁加載裝置、測(cè)試棒、力傳感器及位移檢測(cè)裝置；其中，加載裝置設(shè)置在機(jī)床工作臺(tái)上，測(cè)試棒一端與主軸相連，另一端與加載裝置中的電磁鐵臨近，電磁加載裝置由電磁鐵通電產(chǎn)生電磁力并對(duì)測(cè)試棒進(jìn)行加載以驅(qū)動(dòng)測(cè)試棒偏轉(zhuǎn)，力傳感器和位移傳感器分別用來檢測(cè)測(cè)試棒受到的加載作用力和偏轉(zhuǎn)位移，從而得到機(jī)床主軸運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)剛度。該測(cè)試系統(tǒng)只能在主軸空轉(zhuǎn)運(yùn)行時(shí)通過電磁加載裝置施力于測(cè)試棒，間接獲得主軸動(dòng)剛度，不能用于實(shí)際切削狀態(tài)下主軸動(dòng)剛度測(cè)試，且加載裝置復(fù)雜，占用空間大。

申請(qǐng)?zhí)?01310102571.1公開了一種數(shù)控機(jī)床整機(jī)動(dòng)剛度測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括激勵(lì)子系統(tǒng)、力采集子系統(tǒng)、位移采集子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集前端和數(shù)據(jù)處理器，其中，激勵(lì)子系統(tǒng)的輸出端、力采集子系統(tǒng)的輸入端、位移采集子系統(tǒng)的輸入端分別與機(jī)床待測(cè)部位相連；力采集子系統(tǒng)、位移采集子系統(tǒng)的輸出端均通過數(shù)據(jù)采集前端與數(shù)據(jù)處理器相連。該測(cè)試系統(tǒng)通過信號(hào)發(fā)生器可提供穩(wěn)定的正弦激勵(lì)信號(hào)，經(jīng)功率放大器后驅(qū)動(dòng)激振器產(chǎn)生動(dòng)態(tài)激振力，并由激光位移傳感器測(cè)量機(jī)床主軸相對(duì)工作臺(tái)的動(dòng)態(tài)位移數(shù)據(jù)，計(jì)算得到機(jī)床整機(jī)動(dòng)剛度，該測(cè)試系統(tǒng)雖能測(cè)試得到動(dòng)態(tài)激振力下的機(jī)床主軸相對(duì)工作臺(tái)的動(dòng)態(tài)位移，由于機(jī)床加工過程中切削力會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，測(cè)試結(jié)果易出現(xiàn)較大的誤差。

因此，需要發(fā)明一種新型內(nèi)置式主軸動(dòng)剛度測(cè)試裝置，檢測(cè)在實(shí)際切削狀態(tài)下主軸的受力及形變情況，以滿足實(shí)際工況下的主軸動(dòng)剛度測(cè)試要求，為主軸智能感知、智能檢測(cè)、智能調(diào)整控制參數(shù)提供依據(jù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種內(nèi)置式機(jī)床主軸軸向動(dòng)剛度測(cè)試裝置及測(cè)試方法。該測(cè)試裝置由內(nèi)置于主軸的力傳感器和位移傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量機(jī)床在實(shí)際切削狀態(tài)下的軸向受力及形變，經(jīng)數(shù)據(jù)處理部分計(jì)算得到主軸的軸向動(dòng)剛度，解決了機(jī)床主軸的動(dòng)態(tài)特性在實(shí)際切削狀態(tài)下難以測(cè)試的問題，并為將來主軸智能感知、智能檢測(cè)、智能調(diào)整控制參數(shù)、參數(shù)優(yōu)化提供依據(jù)。該測(cè)試方法簡單可靠、便于操作，不需要專門的驅(qū)動(dòng)、傳動(dòng)、控制等單元的操作，易于上手，解決了機(jī)床主軸的動(dòng)態(tài)特性在實(shí)際切削狀態(tài)下難以測(cè)試的問題，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床在實(shí)際切削狀態(tài)下主軸動(dòng)剛度的測(cè)試。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種內(nèi)置式機(jī)床主軸軸向動(dòng)剛度測(cè)試裝置，其特征在于該裝置包括力傳感器套筒、軸向位移傳感器、前置器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡、數(shù)據(jù)處理端、力傳感器和磁力座；所述力傳感器套筒套裝在主軸上，且位于主軸上前部和中部的兩個(gè)軸承之間，力傳感器套筒為圓環(huán)狀，在圓環(huán)內(nèi)側(cè)面上，沿圓周方向均勻分布有四個(gè)應(yīng)變片，相鄰兩個(gè)應(yīng)變片的受力類型相反，即一個(gè)應(yīng)變片水平布置，相鄰的應(yīng)變片豎直布置；四個(gè)應(yīng)變片按照全橋電路方式進(jìn)行連接，構(gòu)成一個(gè)力傳感器，全橋電路的輸出端從力傳感器套筒側(cè)面引出，并通過信號(hào)線與放置在工作臺(tái)上的電荷放大器的輸入端連接，電荷放大器的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡連接；所述軸向位移傳感器通過支架安裝于主軸前端面，支架由磁力座固定吸附在止推法蘭盤上，軸向位移傳感器的探頭朝向主軸的前端面；軸向位移傳感器的輸出端通過信號(hào)線與放置在工作臺(tái)上的前置器的輸入端相連，前置器的輸出端也與數(shù)據(jù)采集卡連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與數(shù)據(jù)處理端連接；所述數(shù)據(jù)處理端內(nèi)加載有動(dòng)剛度測(cè)試軟件。

一種內(nèi)置式機(jī)床主軸軸向動(dòng)剛度測(cè)試方法，該測(cè)試方法使用上述的測(cè)試裝置，具體步驟是：

1)按照上述連接方式連接裝置各部分，四個(gè)應(yīng)變片安裝在力傳感器套筒內(nèi)，軸向位移傳感器的探頭朝向主軸的前端面，調(diào)節(jié)軸向位移傳感器的探頭與主軸前端面的相對(duì)位置，使軸向位移傳感器的探頭對(duì)準(zhǔn)主軸的前端面光潔測(cè)試帶，并確保軸向位移傳感器在有效量程范圍內(nèi)；啟動(dòng)測(cè)試裝置中所有部件，使其處于正常工作狀態(tài)；

2)運(yùn)行數(shù)控機(jī)床，按待加工件的工藝流程加工工件；

3)在數(shù)控機(jī)床切削加工過程中，用戶根據(jù)需要設(shè)置采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)、緩沖區(qū)數(shù)量、采集通道、最高電壓值和最低電壓值，設(shè)置好上述參數(shù)后，啟動(dòng)采集按鈕；軸向位移傳感器采集軸向位移信號(hào)，并通過前置器傳輸至數(shù)據(jù)采集卡中，得到主軸軸向的動(dòng)態(tài)位移信號(hào)x(t)；力傳感器采集壓力信號(hào)，并通過電荷放大器放大后傳輸至數(shù)據(jù)采集卡中，得到主軸軸向的動(dòng)態(tài)應(yīng)力信號(hào)f(t)，并將力信號(hào)、位移信號(hào)顯示于動(dòng)剛度測(cè)試軟件中的波形顯示界面中；

4)數(shù)據(jù)處理端中動(dòng)剛度測(cè)試軟件將采集得到的力信號(hào)f(t)和位移信號(hào)x(t)按照式(1)和式(2)進(jìn)行傅里葉變換，得到頻域信號(hào)，并在界面顯示；

式中：X(ω)為動(dòng)態(tài)位移信號(hào)x(t)的傅里葉變換，F(xiàn)(ω)為動(dòng)態(tài)應(yīng)力信號(hào)f(t)的傅里葉變換，根據(jù)計(jì)算得到數(shù)控機(jī)床主軸軸向的動(dòng)剛度。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明內(nèi)置式機(jī)床主軸軸向動(dòng)剛度測(cè)試裝置的力傳感器采用內(nèi)置方式，即將四個(gè)應(yīng)變片安裝在力傳感器套筒中，四個(gè)應(yīng)變片構(gòu)成力傳感器，該力傳感器套筒可以套在主軸上即內(nèi)置于主軸機(jī)箱中，能夠有效避免測(cè)試裝置、導(dǎo)線等對(duì)機(jī)床加工過程的影響，起軸向定位作用，能夠?qū)崿F(xiàn)在實(shí)際切削工件狀態(tài)下完成對(duì)主軸動(dòng)剛度的測(cè)量；在機(jī)床實(shí)際切削狀態(tài)下利用力傳感器測(cè)試出主軸所受到的軸向應(yīng)力，同時(shí)利用軸向位移傳感器測(cè)試出軸向應(yīng)力對(duì)應(yīng)的軸向位移大小，進(jìn)而通過動(dòng)剛度測(cè)試軟件分析得出機(jī)床在實(shí)際切削狀態(tài)下的主軸軸向動(dòng)剛度。

本發(fā)明測(cè)試方法是在機(jī)床實(shí)際切削工件過程中，直接測(cè)試切削過程中的軸向壓力信號(hào)及軸向位移信號(hào)，并經(jīng)信號(hào)處理分析后得出機(jī)床主軸的動(dòng)剛度，能夠真實(shí)反映主軸在實(shí)際加工過程中的動(dòng)態(tài)特性(動(dòng)態(tài)性能主要是指它抵抗振動(dòng)的能力，包括抗振性和穩(wěn)定性兩方面，動(dòng)剛度既能反映抗振性又可以間接反映加工過程中切削是穩(wěn)定的還是不穩(wěn)定狀態(tài)或者切削是從穩(wěn)定到不穩(wěn)定狀態(tài)的發(fā)展)，即能測(cè)試或間接判斷主軸的抗振能力，所以通過本發(fā)明裝置及方法測(cè)得的動(dòng)剛度比在激振或靜態(tài)加載狀態(tài)下測(cè)得的機(jī)床動(dòng)剛度更能科學(xué)地反映主軸的動(dòng)態(tài)特性。

本發(fā)明不需要任何加載裝置，不會(huì)對(duì)機(jī)床結(jié)構(gòu)造成破壞，此外該裝置中內(nèi)置力傳感器可以根據(jù)主軸軸徑尺寸大小及配合精度要求設(shè)置不同內(nèi)外徑尺寸的力傳感器套筒，配置在主軸上前部和中部的兩個(gè)軸承之間，可代替現(xiàn)有主軸系統(tǒng)中的軸套，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于控制，使用范圍寬，測(cè)試精度高，更能滿足實(shí)際測(cè)試要求。該裝置結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、占用空間小，能夠真實(shí)反映主軸在實(shí)際切削狀態(tài)下受力及形變情況。

附圖說明

圖1為本發(fā)明內(nèi)置式機(jī)床主軸軸向動(dòng)剛度測(cè)試裝置的連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明內(nèi)置式機(jī)床主軸軸向動(dòng)剛度測(cè)試裝置中力傳感器套筒1的的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2中沿A-A向剖視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明內(nèi)置式機(jī)床主軸軸向動(dòng)剛度測(cè)試裝置中力傳感器套筒中力傳感器安裝位置示意圖；

圖5為本發(fā)明內(nèi)置式機(jī)床主軸軸向動(dòng)剛度測(cè)試裝置中力傳感器的全橋式連接電路示意圖；

圖6為本發(fā)明內(nèi)置式機(jī)床主軸軸向動(dòng)剛度測(cè)試裝置中軸向位移傳感器安裝示意圖；

圖7為本發(fā)明內(nèi)置式機(jī)床主軸軸向動(dòng)剛度測(cè)試裝置的一種實(shí)施例的動(dòng)剛度測(cè)試軟件的軟件流程圖；

圖中：1、力傳感器套筒，2、軸承，3、止推法蘭盤，4、主軸，5、軸向位移傳感器，6、前置器，7、電荷放大器，8、數(shù)據(jù)采集卡，9、數(shù)據(jù)處理端，10、應(yīng)變片，11、磁力座。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，但并不以此作為對(duì)本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)范圍的限定。

本發(fā)明內(nèi)置式機(jī)床主軸軸向動(dòng)剛度測(cè)試裝置(簡稱裝置，參見圖1-6)包括力傳感器套筒1、軸向位移傳感器5、前置器6、電荷放大器7、數(shù)據(jù)采集卡8、數(shù)據(jù)處理端9、力傳感器10和磁力座11；所述力傳感器套筒1套裝在主軸4上，且位于主軸上前部和中部的兩個(gè)軸承2之間，力傳感器套筒1為圓環(huán)狀，在圓環(huán)內(nèi)側(cè)面上，沿圓周方向均勻分布有四個(gè)應(yīng)變片10，相鄰兩個(gè)應(yīng)變片的受力類型相反，即一個(gè)應(yīng)變片水平布置，相鄰的應(yīng)變片豎直布置；四個(gè)應(yīng)變片按照全橋電路方式進(jìn)行連接，構(gòu)成一個(gè)力傳感器，全橋電路的輸出端從力傳感器套筒1側(cè)面引出，并通過信號(hào)線與放置在工作臺(tái)上的電荷放大器7的輸入端連接，電荷放大器7的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡8連接；所述軸向位移傳感器5通過支架安裝于主軸前端面，支架由磁力座11固定吸附在止推法蘭盤3上，軸向位移傳感器5的探頭朝向主軸的前端面；軸向位移傳感器5的輸出端通過信號(hào)線與放置在工作臺(tái)上的前置器6的輸入端相連，前置器6的輸出端也與數(shù)據(jù)采集卡8連接，數(shù)據(jù)采集卡8的輸出端與數(shù)據(jù)處理端9連接；所述數(shù)據(jù)處理端9內(nèi)加載有動(dòng)剛度測(cè)試軟件。

力傳感器套筒一方面代替主軸系統(tǒng)中的軸套，起軸向定位作用，另一方面作為檢測(cè)裝置，用來實(shí)時(shí)檢測(cè)機(jī)床在實(shí)際切削狀態(tài)下主軸軸向力。

所述數(shù)據(jù)處理端9為臺(tái)式機(jī)、筆記本電腦或ipad、智能手機(jī)等。

本發(fā)明的進(jìn)一步特征在于所述軸向位移傳感器5采用85811系列探頭直徑為25的電渦流傳感器，量程為10mm，靈敏度為0.8mv/μm，分辨率為10μm，工作頻率為0-4000Hz，線性度為1.5％FS。

本發(fā)明中的數(shù)據(jù)處理端9內(nèi)加載的動(dòng)剛度測(cè)試軟件可以使用現(xiàn)有的動(dòng)剛度測(cè)試軟件，也可以按照本申請(qǐng)中所述的動(dòng)剛度測(cè)試軟件，該軟件界面包括數(shù)據(jù)采集部分、數(shù)據(jù)回放部分、數(shù)據(jù)處理部分，其中數(shù)據(jù)采集部分接收數(shù)據(jù)采集卡8中所輸出的力傳感器和位移傳感器的壓力信號(hào)和位移信號(hào)，并將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存；其中數(shù)據(jù)采集部分包括采集參數(shù)設(shè)置界面、控制采集按鈕、波形顯示界面和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)界面，采集參數(shù)設(shè)置界面中可以對(duì)采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)、緩沖區(qū)數(shù)量、采集通道、最高電壓值、最低電壓值進(jìn)行選擇；用戶設(shè)置好上述參數(shù)后就可以啟動(dòng)采集按鈕，并將采集的力傳感器信號(hào)、位移傳感器信號(hào)顯示于波形顯示界面中；點(diǎn)擊保存按鈕就可以將數(shù)據(jù)存成數(shù)據(jù)處理端9中的數(shù)據(jù)文件，支持的格式為文本文件*.txt和Excel文件*.xls；數(shù)據(jù)回放部分用來讀取已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)文件，將數(shù)據(jù)以波形形式或數(shù)組形式顯示給用戶查看，進(jìn)行后期離線統(tǒng)計(jì)分析；選擇需要調(diào)用的已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件，點(diǎn)擊回放按鈕，就可以在波形顯示界面中看到數(shù)據(jù)文件的波形，同時(shí)在數(shù)組顯示中以二維表格形式顯示數(shù)據(jù)，供用戶后期離線統(tǒng)計(jì)分析；數(shù)據(jù)處理部分中將采集得到的力信號(hào)和位移信號(hào)作FFT分析(快速傅氏變換)，分別得到力-頻率和位移-頻率圖(連續(xù)的時(shí)域信號(hào)經(jīng)傅里葉變換后得到離散的頻率幅值圖)，并在界面顯示，計(jì)算得到主軸軸向動(dòng)剛度。

本發(fā)明所述的動(dòng)剛度測(cè)試軟件的軟件流程(參見圖7)是：

1)開始，檢查數(shù)控機(jī)床設(shè)備是否正常？，若正常，開啟機(jī)床；若異常，進(jìn)行診斷并處理，繼續(xù)檢查數(shù)控機(jī)床設(shè)備是否正常？；

2)啟動(dòng)數(shù)據(jù)處理端、力傳感器、軸向位移傳感器、前置器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡，并測(cè)試數(shù)據(jù)處理端、力傳感器、軸向位移傳感器、前置器、電荷放大器和數(shù)據(jù)采集卡是否處于正常工作狀態(tài)？，若正常工作，則進(jìn)入步驟3)，若不正常工作，則進(jìn)行調(diào)整、修正，繼續(xù)判斷其是否處于正常工作狀態(tài)？；

3)設(shè)定機(jī)床切削參數(shù)、輸入機(jī)床切削程序代碼，在數(shù)據(jù)處理端中分別設(shè)置力傳感器、軸向位移傳感器的采樣模式、采集通道、采樣頻率、緩沖區(qū)數(shù)量等，再判斷是否觸發(fā)采集，若觸發(fā)采集則進(jìn)入步驟4)，若不觸發(fā)，則返回設(shè)置力傳感器、軸向位移傳感器的采樣模式、采集通道、采樣頻率、緩沖區(qū)數(shù)量等；

4)進(jìn)行切削加工，并在動(dòng)剛度測(cè)試軟件界面中顯示采集的位移信號(hào)、力信號(hào)，并繪制軸向位移-時(shí)間曲線和力-時(shí)間曲線；

5)判斷保存按鈕是否按下？，若保存按鈕已經(jīng)按下，將采集的數(shù)據(jù)保存為*.txt或*.xls文件格式，供后續(xù)離線處理；再判斷是否按下回放按鈕？，若按下，則調(diào)用已存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)文件，進(jìn)入步驟6)，若沒按下，則繼續(xù)判斷是否按下回放按鈕？；若保存按鈕沒有按下，則進(jìn)入步驟6)；

6)將采集的軸向位移信號(hào)、力信號(hào)分別進(jìn)行傅里葉變換，得到位移-頻率圖和力-頻率圖，并在動(dòng)剛度測(cè)試軟件中顯示；

7)計(jì)算得到主軸軸向動(dòng)剛度；

8)再判斷是否更改切削參數(shù)及采集參數(shù)繼續(xù)實(shí)驗(yàn)？，若更改切削參數(shù)及采集參數(shù)繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，則轉(zhuǎn)回到步驟3)；若不需要更改切削參數(shù)及采集參數(shù)，則關(guān)閉測(cè)試裝置及數(shù)控機(jī)床，結(jié)束測(cè)試。

本發(fā)明內(nèi)置式機(jī)床主軸軸向動(dòng)剛度測(cè)試方法(簡稱方法)，該測(cè)試方法使用上述的測(cè)試裝置，具體步驟是：

1)按照上述連接方式連接裝置各部分，四個(gè)應(yīng)變片安裝在力傳感器套筒內(nèi)，軸向位移傳感器5的探頭朝向主軸4的前端面，調(diào)節(jié)軸向位移傳感器5的探頭與主軸4前端面的相對(duì)位置，使軸向位移傳感器5的探頭對(duì)準(zhǔn)主軸4的前端面光潔測(cè)試帶，并確保軸向位移傳感器5在有效量程范圍內(nèi)；啟動(dòng)測(cè)試裝置中所有部件，使其處于正常工作狀態(tài)；

2)運(yùn)行數(shù)控機(jī)床(或機(jī)床)，按待加工件的正常工藝流程加工工件；

3)在數(shù)控機(jī)床切削加工過程中，用戶根據(jù)需要設(shè)置采樣頻率、采樣點(diǎn)數(shù)、緩沖區(qū)數(shù)量、采集通道、最高電壓值、最低電壓值等，設(shè)置好上述參數(shù)后就可以啟動(dòng)采集按鈕，軸向位移傳感器5采集位移信號(hào)，并通過前置器6傳輸至數(shù)據(jù)采集卡8中，得到主軸軸向的動(dòng)態(tài)位移信號(hào)x(t)；力傳感器采集壓力信號(hào)，并通過電荷放大器7放大后傳輸至數(shù)據(jù)采集卡8中，得到主軸軸向的動(dòng)態(tài)應(yīng)力信號(hào)f(t)，并將力信號(hào)、位移信號(hào)顯示于動(dòng)剛度測(cè)試軟件中的波形顯示界面中；

4)數(shù)據(jù)處理端9中動(dòng)剛度測(cè)試軟件將采集得到的力信號(hào)f(t)和位移信號(hào)x(t)按照式(1)和式(2)進(jìn)行傅里葉變換，得到頻域信號(hào)，并在界面顯示；

式中：X(ω)為動(dòng)態(tài)位移信號(hào)x(t)的傅里葉變換，F(xiàn)(ω)為動(dòng)態(tài)應(yīng)力信號(hào)f(t)的傅里葉變換，根據(jù)計(jì)算得到數(shù)控機(jī)床主軸軸向的動(dòng)剛度，K(ω)為計(jì)算得到的機(jī)床主軸軸向的動(dòng)剛度，這種方法得到的動(dòng)剛度是一個(gè)隨切削激勵(lì)信號(hào)的頻率變化的函數(shù)，可以表達(dá)主軸動(dòng)剛度隨頻率變化的情況，可反映機(jī)床抵抗交變載荷的能力。

本發(fā)明中內(nèi)置力傳感器可以根據(jù)主軸軸徑尺寸大小及配合精度要求設(shè)置不同內(nèi)外徑尺寸的力傳感器套筒，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的四個(gè)應(yīng)變片選擇全橋電路方式進(jìn)行連接，精度高，線性度好，可以有效抑制漂移。四個(gè)應(yīng)變片分成兩組，兩個(gè)水平布置的應(yīng)變片為一組，兩個(gè)豎直布置的應(yīng)變片為一組，四個(gè)應(yīng)變片采用四個(gè)完全相同的應(yīng)變片，四個(gè)應(yīng)變片按照全橋電路方式進(jìn)行連接。采用全橋式電路需要保證水平布置的一組應(yīng)變片和豎直布置的一組應(yīng)變片受力類型相反，即受力后一組應(yīng)變片被拉伸而另一組應(yīng)變片被壓縮，四個(gè)應(yīng)變片在力傳感器套筒1中的安放方式如圖3和圖4所示，這樣就可以保證在力傳感器套筒受到軸向應(yīng)力后，一組應(yīng)變片受拉時(shí)，另一組受擠壓，兩者發(fā)生極性相反的等量變化。

本發(fā)明裝置的工作原理是：在機(jī)床實(shí)際切削工件過程中，能直接測(cè)試切削過程中的軸向力信號(hào)及位移信號(hào)，并經(jīng)信號(hào)處理分析后得出機(jī)床主軸的動(dòng)剛度。在機(jī)床進(jìn)行切削加工時(shí)，按照正常切削的工藝流程加工工件，主軸會(huì)受到軸向應(yīng)力的作用，并將軸向應(yīng)力傳遞給力傳感器套筒中的應(yīng)變片，主軸在軸向應(yīng)力的作用下發(fā)生軸向位移形變，該位移信號(hào)由安裝在主軸前端面處的軸向位移傳感器拾取，然后由力傳感器得到的力信號(hào)和由軸向位移傳感器得到的位移信號(hào)分別通過信號(hào)線傳輸?shù)诫姾煞糯笃骱颓爸闷髦?，之后再傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集卡中，最后通過動(dòng)剛度測(cè)試軟件分析后得出機(jī)床主軸的軸向動(dòng)剛度信息，該信息為主軸在實(shí)際切削狀態(tài)下真實(shí)的受力及形變情況，該信息更加準(zhǔn)確可靠。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)，所涉及的元器件均可通過商購獲得。