一种基于刀具振动位移的动态铣削力测量方法

摘要

本发明公开了一种基于刀具振动位移的动态铣削力测量方法，该方法提高了测量系统的带宽，实现了动态铣削力的精确测量，能够对测量系统进行动态补偿，提高了测量系统的带宽，实现了动态铣削力的精确测量，针对现有的动态铣削力测量方法在加工工件尺寸、质量、测量带宽以及安装方式等方面的局限性，本发明提出一种利用激光测振仪测量铣削加工时旋转铣刀刀杆的径向振动位移，根据铣刀振动位移与铣削力之间的关系，通过振动位移间接确定动态铣削力的方法，对铣刀高速铣削速度下的铣削力测量失真问题，对测量系统进行动态补偿，提高了测量系统的带宽，实现了动态铣削力的精确测量。

主权项

一种基于刀具振动位移的动态铣削力测量方法，其特征在于，包括如下步骤：1)铣削加工时，激光测振仪沿y方向实时测量铣刀刀杆上激光测量点的振动速度，该振动速度经过积分等数据处理后得到振动位移，此振动位移中包含了旋转刀具的径向不重合误差和圆度误差，经误差分离后可得到仅由切削力引起的振动位移。2)铣削加工为断续切削，铣刀在加工过程中会受到断续切削力的激励，激励频率为刀齿的通过频率f_tp$f_{tp}=\frac{N\Omega }{60}---\left(1\right)$式中：Ω(rpm)为主轴转速，N为铣刀刀齿数。3)在主轴转速较低的情况下，激励频率f_tp远低于刀具系统第一阶固有频率，可认为刀具的刚度特性和静止时基本相同，即铣刀受铣削力作用后为弹性变形，铣刀上的动态铣削力F_m与所测刀杆上的振动位移δ满足式线性关系：F_m＝K_sδ   (2)式中：K_s为铣刀的静刚度，可通过理论计算或静态校准实验确定。4)在主轴转速较高时，激励频率f_tp有可能接近刀具系统的固有频率，受刀具本身动态特性的影响，铣刀上的铣削力与所测刀杆上的振动位移之间不再是线性关系，必须对F_m进行动态补偿，以获得高速铣削时精确的铣削力测量结果。5)由于刀具的加工、装配等过程存在误差，刀具的物理轴线与其旋转轴线不重合。刀具旋转时，刀杆上激光测量点处的径向位移随着刀具旋转而改变，产生径向不重合测量误差，另外，由于刀杆上激光测量点处的外轮廓存在圆度误差。这两种误差信号均为周期信号，在铣削过程中一直存在。6)刀具空转时(没有切削力)，激光测振仪测得的径向位移是径向不重合误差和圆度误差的叠加，为周期信号，记录刀具空转状态下的径向位移信号，在时域加工信号中对该周期信号进行分离。7)刀具系统动态特性高速铣削时，激励频率f_tp可能接近刀具系统的第一阶甚至更高阶的固有频率，测量系统受到刀具系统动态特性的影响而导致测量失真，此时必须考虑刀具系统的动态特性对测量结果的影响。8)测量系统的工作频带仅为300Hz，当铣刀转速较高时，测量系统工作频带将无法覆盖铣削力所有频谱分量而导致实测的动态铣削力失真，然后经过低通滤波器和补偿环节后得到最终的补偿铣削力F_mc，最后，得到刀具振动位移的动态铣削力测量方法。