[发明专利]不同磨损刀具车削温度变化与车削振动耦合特性研究方法

说明书

不同磨损刀具车削温度变化与车削振动耦合特性研究方法，包括：制定车削试验方案；搭建试验系统；对不同磨损状态的刀具进行车削试验，得到相应车削参数下刀尖附近的车削温度和三向车削振动数据；从车削温度和三向车削振动数据中提取出温度特征值车削温度变化均值和振动特征值三向加速度均方根。根据温度特征值、振动特征值和车削参数，通过灰色系统理论分别计算三种磨损状态刀具的车削温度变化与车削参数的关联度、车削振动与车削参数的关联度、车削振动与车削温度变化的关联度。基于最小二乘法建立车削温度变化关于车削振动及车削参数预测模型和车削振动关于车削温度变化及车削参数预测模型，分析不同磨损状态刀具车削温度和车削振动的耦合特性。

技术领域

本发明属于车削加工领域，具备涉及一种不同刀具磨损状态下车削温度变化与车削振动耦合特性的研究方法。

背景技术

车削加工过程中，刀具与工件之间会产生相对摩擦，不仅导致刀具和工件的温度不断上升，而且还会产生严重的车削振动，加快刀具的磨损，而刀具的磨损会使车削温度上升速度加快，缩短刀具的寿命，降低加工工件的强度以及其表面的质量。在柔性生产系统中，如果不了解刀具磨损情况或者不能及时更换刀具都会导致生产效率的降低。现有的文献中有很多研究刀具的材料、几何参数、加工条件和车削参数等方面对车削温度的影响，或以车削振动为研究对象，通过试验和建立回归模型研究车削参数、车削力、机床结构和加工条件等因素对振动的影响，或通过试验研究不同的加工条件对刀具磨损的影响。但现有的研究中缺乏不同刀具磨损状态下车削参数、车削温度和车削振动三者的耦合关系的研究，尤其缺乏关于车削温度变化对车削振动影响的研究成果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不同刀具磨损状态下车削温度变化与车削振动耦合特性的研究方法，通过不同刀具磨损状态下的车削试验，得到相应车削参数下刀尖附近的车削温度和三向车削振动试验数据，基于灰色系统理论分别计算三种磨损状态刀具的(1)车削温度变化与车削参数的关联度；(2)车削振动与车削参数的关联度；(3)车削振动与车削温度变化的关联度。基于试验数据及最小二乘法建立(1)车削温度变化关于车削振动及车削参数预测模型，(2)车削振动关于车削温度变化及车削参数预测模型，分析对不同刀具磨损状态下车削温度变化与车削振动之间的耦合特性。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案具体如下：

不同刀具磨损状态下车削温度变化与车削振动耦合特性的研究方法，包括以下步骤：

S1：制定车削试验方案，搭建试验系统；

S2：对不同磨损状态刀具进行车削试验，得到相应车削参数下刀尖附近的车削温度和三向车削振动数据；从车削温度和三向车削振动数据中提取出升温特征值和振动特征值；

S3：根据车削温度变化特征值、车削振动特征值和车削参数建立关于预测升温均值拟合公式，计算不同磨损状态刀具的车削温度变化均值拟合值与实际车削温度变化测量值的相关性。根据车削温度变化特征值、车削振动特征值和车削参数建立各向振动特征值关于车削温度变化的拟合公式，计算不同磨损状态刀具的三向振动加速度均值拟合值与实际测量值的相关性。分析出不同磨损状态刀具对车削温度和车削振动及其相关性的影响。

作为优选，所述步骤S2具体包括：将各时刻实际测量温度与各次试验初始温度之差的平均值作为温度信号分析的特征值，选择三向振动加速度轴向径向和切向均方根值作为振动特征值。

作为优选，所述步骤S3包括：

S3-1：采用单一变量分析方法，对比分析出不同刀具磨损状态在相同水平主轴转速、进给速度和切削深度下对车削温度变化均值影响；对比分析出不同刀具磨损状态相同车削参数下对轴向、径向、切向的加速度均方根值影响；对比分析出不同刀具磨损状态车削参数对车削温度变化均值影响。