[发明专利]一种测量刀尖点振动位移的方法

说明书

技术领域

本发明属于切削加工领域，更具体地，涉及一种在线测量铣削加工过程中刀尖点振动位移的方法。

背景技术

加工过程中的振动会导致工件的形状精度和表面精度降低，刀具寿命和生产率下降。刀尖点振动位移是切削振动最直接的表征量，在线获取刀尖点振动位移对于切削力控制，颤振抑制具有重要意义。

申请号为200910198798.4的中国专利公开了同济大学刘晓东的一种铣削刀具振动测量仪器，其将振动加速度传感器安装在刀柄上，用于测量加工过程中刀具振动加速度，传感器的供电系统采用感应供电方式，信号传输方式为无线传输方式。这种方法有效解决了测量旋转刀具时传感器的供电以及信号的传输难题，但是存在以下问题：需要改变刀柄的结构，安装传感器后会导致刀柄不平衡，测量的振动并非刀尖点的振动，整个测量系统太复杂。

韩国首尔大学的Jin-Hyun Kim(Chang H,Kim J,Kim I H,et al.In-process surface roughness prediction using displacement signals from spindle motion[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture.2007,47(6):1021-1026.)设计了一种圆筒形电容式位移传感器，用于测量主轴振动位移，传感器安装在主轴上，通过建立的刀具-主轴悬臂梁结构模型以获得刀具的振动位移，该方法传感器安装方便，但是建立的刀具-主轴悬臂梁结构模型太简单，获得的刀具振动位移与真实刀具振动位移相比会有较大误差。

上海交通大学的江浩(江浩.铣削加工振动主动控制[D].上海交通大学,2009.)设计了一套直接测量刀具振动位移的装置，该装置利用涡流位移传感器直接测量刀杆的振动，测量结果可靠，但是测量装置会严重影响加工过程，而且切屑、切削液会对传感器的测量结果造成干扰，测量的也并非是刀尖点的振动位移。

瑞典吕勒奥理工大学的Per Gren(Tatar K,Gren P.Measurement of milling tool vibrations during cutting using laser vibrometry[J].International Journal of Machine Tools and Manufacture.2008,48(3):380-387.)设计了一种刀具振动位移的测量装置，在刀具上安装了一个表面高度光学光滑的套筒，利用激光干涉仪测量套筒的振动位移并将其作为刀具的振动位移。该方法可以准确可靠测得刀具的振动位移，但是每次更换刀具时都必须重新安装套筒，而且切屑、切削液会对传感器的测量结果造成干扰，测量的也并非是刀尖点的振动位移。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种测量刀尖点振动位移的方法，其目的在于在机床主轴上挑选出最佳位置点，以该最佳位置点与刀尖点之间的振动位移传导函数为最佳振动位移传导函数，并以最佳振动位移传导函数和最佳位置点的振动位移计算获得刀尖点的振动位移，由此解决现有技术中无法真正测量刀尖点振动位移或者测量系统过于复杂的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种测量刀尖点振动位移的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：给机床上刀具刀尖点施加激励以使其振动，同时采集刀尖点和机床主轴上多个位置点的振动信号以用于计算获得刀尖点和机床主轴上多个位置点的振动加速度频响函数曲线；

S2：根据步骤S1的振动加速度频响函数曲线计算获得机床主轴上所述多个位置点分别与所述刀尖点之间的振动位移传导函数；

S3：测量获得所述刀尖点和所述多个位置点在持续振动时候的实际振动位移，并根据多个位置点的振动位移以及步骤S2中所述振动位移传导函数，计算获得刀尖点的多个振动位移计算值，以用于挑选出与所述刀尖点实际振动位移最接近的最佳计算值，进而选择获得与该最佳计算值对应的最佳振动位移传导函数，以及与该最佳振动位移传导函数所对应的机床主轴上的最佳位置点；

S4：测量实际加工过程中所述最佳位置点的振动位移，根据该振动位移和最佳振动位移传导函数计算获得实际加工过程中刀尖点的振动位移。

进一步的，步骤S2具体过程包括：

首先，根据步骤S1的刀尖点和机床主轴上多个位置点的振动加速度频响函数曲线分别拟合得到刀尖点和主轴上多个位置点的振动加速度频响函数的数学表达式；