[发明专利]基于预埋无线传感器的数控铣床振动控制系统及控制方法

说明书

技术领域

本发明属于振动测试技术领域，具体涉及一种基于预埋无线传感器的数控铣床振动控制系统及方法。

背景技术

数控机床是制造业的工作母机，铣床是数控机床的第一要员。铣床可以加工平面、沟槽、分齿零件，特别是螺旋形表面及各种曲面都有其独特优势。对加工航空、航天、船舶、汽车和模具等制造业，都需要高档数控机床作为其重要的生产工具。高效、精密、可靠、智能是其高档数控铣床的主要发展趋势，然而，高档数控铣床振动及控制一直是世界各国机床业面临的重要难题之一。随着对高精度零件的要求，加工精度已经由毫米级、微米级向亚微米级、甚至纳米级发展，振动问题越发突出。在高精度加工过程中，只要发生微弱的振动就会严重影响零件加工质量，可能在已加工表面上留下刀纹，增大零件表面粗糙度，加剧金属表面层的冷硬化，振动还会使刀具的耐用度急剧下降，甚至导致刀刃的崩坏。

目前，常用于机床振动测量的检测方法是传统的接触式测量方法。接触式测量技术虽然在工件定位和坐标设定、测量零件的几何尺寸和三维形貌、刀具参数、刀具磨损检测等方面有着一定的应用，但还存在受力不均，测量时间长，测量点空间分辨率不够高、容易划伤工件表面、不能测量软质物体等先天缺陷。同时，接触式传感器本身重量会带来一定的附加质量和刚度影响，某种程度上会破坏结构原有的振动状态，所以不适合测试轻质结构的振动，如机床主轴上刀尖的频响函数。同时，由于受离心力的影响，接触式传感器在机床主轴高速旋转、切削加工等场合的应用也受到很大的限制。

对于高档数控机床，要实现在线振动测试及控制，其技术难点在于：

（1）振动测试传感器如何安装到高档数控机床上，并且建立测振点与主轴、切削点的振动关系；

（2）振动信号如何传输及传输路径；

（3）如何在线振动监测与控制。

经实际操作经验和研究表明：铣床的振动主要与主轴振动、切削速度、进刀量有关。本发明综合利用了压电陶瓷的优势，采用了预埋式方法把MEMS传感器组装到刀体内部，模拟分析得到测振点与主轴、切削点的振动关系，并通过无线信号传输与接收的方式对铣床加工进行实时振动监测与控制。

发明内容

发明目的：本发明提供一种基于预埋无线传感器的高档数控铣床在线振动控制系统及控制方法，其目的在于解决数控铣床的振动引起刀刃的崩坏、振动测量分辨率不够高、容易因刀具振动划伤工件表面、等先天缺陷，以及克服了振动测试传感器难以安装到铣床上、振动信号难以传输等技术难点。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于预埋无线传感器的数控铣床振动控制系统，其特征在于：该系统包括无线MEMS加速度传感器，刀柄，计算机；所述的无线MEMS加速度传感器通过传感器定位钉固定在无线传感器底座上；无线传感器底座通过固定螺钉固定在刀柄的内孔中；所述无线MEMS加速度传感器通过蓝牙信号与计算机连接。

所述的基于预埋无线传感器的数控铣床振动控制系统，其特征在于：所述的无线传感器底座为带肩T型底座;所述刀柄的中间位置有信号传输孔。

一种基于预埋无线传感器的数控铣床振动控制方法，其特征在于：该方法由以下步骤实现：

（1）将MEMS传感器的定位底座加工为带肩T型底座，为MEMS传感器配加无线蓝牙模块；

（2）将标准弹性刀柄的中心通孔进行以适合MEMS传感器安装的小段扩孔；在刀柄中间位置开2个信号传输孔；

（3）将无线MEMS传感器以螺纹连接的方式固定到弹性刀柄内孔处；

（4）将组装好传感器的刀柄预装到立式数控铣床上，将计算机与MEMS传感器通过蓝牙连接，并设置主轴系统振动阈值和到头切削点的振动阈值；

（5）启动铣床空转，测试主轴系统的振动幅值，并将主轴测振点的振动幅值与设定阀值进行对比；

（6）对待加工件进行铣削，根据MEMS传感器测得的振动数据对铣床的切削速度、进刀量进行调整，并同时进行超差幅值补偿。

优点及效果：与没有使用该系统的铣床相比，本发明能快速预知主轴和切削点不良颤振，提高了加工精度和加工效率，节约了刀具成本，延长了铣床寿命。

附图说明：

图1为本发明中加装了MEMS传感器的刀柄示意图；

图2为本发明中加装了MEMS传感器的刀柄剖视图；

图3为本发明中刀柄P向视图；

图4为本发明中的MEMS传感器工作原理图；

图5为本发明的振动控制流程图；