[发明专利]基于时间常数的切入式磨削砂轮钝化预测方法

权利要求书

1.基于时间常数的切入式磨削砂轮钝化预测方法，其特征在于，该方法包括：

利用安装于机床头架顶尖的磨削力传感器来测量磨削力信号；

利用安装于机床尾架顶尖的加速度传感器和声发射传感器来测量磨削加速度信号、磨削声发射信号；

利用功率传感器来测量磨削砂轮主轴功率信号的功率传感器；

利用计算机获取经过滤波处理的磨削力传感器、加速度传感器、声发射传感器、功率传感器信号；

分别对磨削力信号、磨削功率信号、磨削声发射信号的时间常数进行计算提取，并对磨削力信号、磨削功率信号、磨削声发射信号标准差进行计算提取；

将提取得到的磨削力信号时间常数、功率信号时间常数、声发射信号时间常数、加速度信号标准差作为最小二乘支持向量机的输入参数对磨削砂轮锋利和钝化两种状态进行预测，当磨削砂轮锋利时，预测输出结果为1；当磨削砂轮钝化时，预测输出结果为-1。

2.根据权利要求1所述的基于时间常数的切入式磨削砂轮钝化预测方法，其特征在于，根据加速度传感器检测信号来计算磨削加工过程中的加速度信号标准差VIB_MSD，如下式所示：

其中，x_i为提取的加速度信号数据，加速度信号平均值，N为满足条件的数据的数量。

3.根据权利要求1所述的基于时间常数的切入式磨削砂轮钝化预测方法，其特征在于，根据AE信号RMS与法向磨削力呈线性关系，可获得：

V_AE(t)＝k_aeF_n(t)；

式中，V_AE(t)为实时测量磨削AE信号RMS值，k_ae为实时AE信号RMS与磨削力F_n(t)的比例系数，t为磨削加工时间；

声发射信号的时间常数τ_AE可以表示为：

式中，V′_AE为稳态声发射信号，为声发射信号变化率。

4.根据权利要求1所述的基于时间常数的切入式磨削砂轮钝化预测方法，其特征在于，砂轮单位磨削宽度的功率P'与单位磨削宽度的切向磨削力F′_t之间的关系，可表示为：

P'＝F′_tv_s；

式中，v_s为砂轮线速度；

则磨削主轴的功率可表示为：

P＝k_pF_tv_s；

式中，P为磨削砂轮主轴的功率；k_p为功率系数，其大小取决于磨削条件；F_t为切向磨削力；

其切入磨削过程，法向磨削力F_n与切向磨削力F_t的关系为：

F_n＝k_ntF_t；

式中，k_nt为法向磨削力与切向磨削力的比例系数；

磨削功率信号时间常数τ_Power可以表示为：

式中，P'为稳态功率信号，为功率变化率。

5.根据权利要求1所述的基于时间常数的切入式磨削砂轮钝化预测方法，其特征在于，在切入式外圆磨削过程中，法向磨削力F_n可以利用磨削力装置测量获得，根据如下公式：

式中，F′_n为稳态磨削力信号，为磨削力变化率，v_s为砂轮线速度，K_S为常系数；

磨削力信号时间常数可表示为：

6.根据权利要求5所述的基于时间常数的切入式磨削砂轮钝化预测方法，其特征在于，磨削系统时间常数τ的计算方法如下：

磨削系统等效刚度k_e可表示为：式中，k_s为砂轮刚度，k_w为工件刚度，k_a为磨削接触刚度；

法向磨削力F_n产生的弹性变形δ可表示为：式中，F_n为磨削砂轮与工件接触点的法向磨削力；

切入磨削中法向磨削力F_n与实际进给速度服从一定的线性关系，其表达式为：式中，a为工件每转下的进给深度，k_c为磨削力系数，为工件半径增大速度，n_w为工件转速；

当忽略砂轮磨损磨削系统中，砂轮的指令进给速度和实际进给速度之间的磨削差值δ可表示为：

联立式(1)、(2)和(3)可得磨削系统控制公式：

经变换整理得：式中，τ为磨削系统时间常数，可表示为：