[發明專利]兩齒螺旋立銑刀刀齒半徑不對稱誤差檢測系統及其方法

無效

• 申請號: 201310422595.5
• 申請日: 2013-09-16
• 公開（公告）號: CN103481121A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 張為民;董新峰;李鵬忠
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 上海天協和誠知識產權代理事務所 31216
• 代理人: 葉鳳

1.一種兩齒螺旋立銑刀刀齒半徑不對稱誤差檢測系統，其特征在于，整個檢測系統主要涉及銑削力測試系統設計和薄壁結構設計兩部分，其中銑削力測試系統主要由兩刃螺旋平底立銑刀1、薄壁工件2、Kistler三向銑削力測力儀3、高阻抗數據傳輸線4、電荷放大器5、數據采集卡6和計算機7組成，

所述計算機7為對信號進行存儲、預處理與數據分析；

銑刀1對薄壁工件2進行側面立式銑削，Kistler測力儀3將刀具與工件間的作用力轉變成電荷信號，信號經高阻抗數據傳輸線4送達電荷放大器5，電荷放大器5將電荷信號轉換為電壓信號，數據采集卡6對電壓信號進行采集，并將數據保存到計算機7中；

所述Kistler測力儀3為通過壓電效應將銑削時產生的銑削力轉換為電荷信號；

所述高阻抗數據傳輸線4為將電荷信號進行傳輸，測力儀3獲得的電荷量較小，且容易泄露，高阻抗數據傳輸線能將小電荷量電荷進行安全傳輸；

所述電荷放大器5為對電荷進行放大并轉換成電壓信號，測力儀輸出的電荷信號較微弱，為便于采集，需要電荷放大器5對電荷進行放大并轉換為電壓信號；

所述數據采集卡6為將放大的電信號進行采集量化；

所述計算機包括存儲模塊、信號預處理模塊和數據分析模塊；數據采集卡6采集的信號分別通過計算機的信號預處理模塊、數據分析模塊對信號進行處理和分析，從而輸出獲得銑刀半徑不對稱誤差值；

薄壁工件2主要有定位孔9、安裝底座10以及懸臂結構11構成；所述定位孔9為將工件定位在Kistler測力儀3上表面，確定薄壁件的正確位置；所述定安裝底座10為將工件固定在工作臺上，并對其進行夾緊；所述薄壁懸臂結構11為銑削加工部位，銑削此部位獲得銑削力。

2.一種兩齒螺旋立銑刀刀齒半徑不對稱誤差檢測方法，其特征在于，包括步驟：

步驟1，實驗平臺的構建

搭建好銑削力測試系統和設計好薄壁結構；

步驟2，銑削力信號的去噪處理

采用異常值剔除及小波包分解去噪方法對銑削力信號進行預處理，

步驟2.1采用Chauvenet和Gubbs公式對異常數據進行剔除，其表達式為：

|x_i-μ_X|>cσ??(1)

其中x_i為第i次的采集值，μ_X為樣本的平均值，σ為樣本的方差，c為調整參數。

步驟2.2采用Sqtwolog規則確定濾波閾值，數據處理過程如下：

（1）信號的小波包分解：選擇小波基對銑削力信號進行N層小波包分解；

（2）小波包分解高頻系數的閾值量化：對各個分解尺度下的高頻系數確定閾值并進行閾值化處理；

（3）小波包重構：根據第N層小波包分解低頻系數和量化處理系數進行小波重構；

（4）靜態零點漂移剔除：整個測量系統存在靜態零漂，對小波包閾值去噪后的信號進行零漂剔除處理；

步驟3，名義銑削力的構建

銑刀刀齒半徑不對稱誤差造成長、短齒銑削力信號不同，為獲得精確的解析銑削力系數，需要構建名義銑削力，即單個齒的銑削力構造銑削力；

步驟4，銑刀刀齒半徑不對稱公式構建

根據名義銑削力可獲得對應的名義銑削力系數，計算公式如式（2）-（5）所示。

Ktl=4placl(AF‾xl+BF‾yl)---(2)]]>

Krl=4placl(CF‾xl+DF‾yl)---(3)]]>

Kts=4psacs(AF‾xs+BF‾ys)---(4)]]>

Krs=4psacs(CF‾xs+DF‾ys)---(5)]]>

其中參數p_l,p_s分別為銑削刃長、短齒與切削時刀具轉過的角度，表示為：

p=(θex-θst)+atan(90-λ)*r---(6)]]>

c_l,c_s為長、短齒的每齒進給量，

分別為X，Y方向長、短齒名義銑削力的平均值,

根據切向、徑向銑削力系數與刀具旋轉半徑無關的假設，得到：

4placl(AF‾xl+BF‾yl)4psacs(AF‾xs+BF‾ys)=1---(7)]]>

4placl(CF‾xl+DF‾yl)4psacs(CF‾xs+DF‾ys)=1---(8)]]>

以式（7）為例計算刀具長、短齒旋轉半徑，記刀具長、短齒半徑通過式（9）獲得：

Kplpscscl=1rl+rs=D---(9)]]>

其中，cscl=cl-(rl-rs)cl=1-(rl-rs)c+(rl-rs),plps=(θex-θst)+atan(90-λ)*rl(θex-θst)+atan(90-λ)*rs]]>

根據式（9）得到若干組實驗對應的刀具旋轉半徑r_l、r_s，在銑削實驗中，獲得置信水平為a時，長、短齒旋轉半徑均值及方差的置信區間，如式（10）-（11）所示：

(X‾-Snta/2(n-1),X‾+Snta/2(n-1))---(10)]]>

((n-1)S2χa/22(n-1),(n-1)S2χ1-a/22(n-1))---(11)]]>

獲得均值和方差的置信區間，取r_l均值、r_s均值區間的均值作為長、短齒旋轉半徑，最終獲得刀齒半徑差。