[發明專利]一種銑削加工中刀具顫振的檢測系統及其檢測方法

在審

• 申請號: 201610101766.8
• 申請日: 2016-02-24
• 公開（公告）號: CN105500115A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發明（設計）人: 王保升;張蒙蒙;左健民;汪木蘭;候軍明
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09;B23Q17/12
• 代理公司: 南京縱橫知識產權代理有限公司 32224
• 代理人: 董建林

1.一種銑削加工中刀具顫振的檢測系統，其特征是，包括位移檢測單元、數據采集單 元、中央處理單元；

所述位移檢測單元設置在數控機床周邊；所述位移檢測單元用于檢測每一時刻刀具表 面的對應點的坐標；

所述數據采集單元用于將位移檢測單元檢測的信號傳遞至中央處理單元；

所述中央處理單元根據位移檢測單元檢測的坐標數據，確定刀具的中心和中心位置的 跳動，通過HHT算法對檢測的振動信號進行分析。

2.根據權利要求1所述的一種銑削加工中刀具顫振的檢測系統，其特征是，所述位移檢 測單元采用多點激光位移傳感器或若干個激光傳感器。

3.根據權利要求1所述的一種銑削加工中刀具顫振的檢測系統，其特征是，所述位移采 集單元采用多通道數據采集卡。

4.根據權利要求1所述的一種銑削加工中刀具顫振的檢測系統，其特征是，所述位移檢 測單元通過USB數據傳輸線與中央處理單元相連。

5.一種基于根據權利要求1-4任意一項所述的銑削加工中刀具顫振的檢測系統的檢測 方法，其特征是，包括如下步驟：

1)選擇合適的位移采樣窗口；

2)采用半徑約束最小二乘法確定刀具的中心以及相應刀具中心的振動變化；

3)對刀具振動信號進行經驗模態分解，利用HHT變換得到時頻譜；

4)驗證時頻譜是否滿足顫振規律，若一致則檢測結束，若不一致，返回步驟1)，檢測銑 削加工過程中其他階段是否發生顫振。

6.根據權利要求5所述的一種銑削加工中刀具顫振的檢測方法，其特征是，所述步驟2) 中，中央處理單元在確定刀具的中心時，基于三點成圓的基本原理，提取圓弧上的采樣點， 并結合銑削刀具的半徑數據，采用基于半徑約束的最小二乘法進行刀具中心的確定。

7.根據權利要求5所述的一種銑削加工中刀具顫振的檢測方法，其特征是，所述步驟2) 中，對刀具表面采集的位移信號采用半徑約束最小二乘法時，包括如下步驟：

21)假設t_i采樣時刻的刀具中心位置為O(x_i,y_i)，已知刀具半徑為R，利用位移檢測單元 測得m個離散采樣點(x_ij,y_ij)，j＝1,2,3...,m，m為t_i時刻采樣點數，使得(x_ij,y_ij)到O(x_i, y_i)距離的平方和最小；

22)基于一般圓方程可表示為(x-x_i)²+(y-y_i)²＝R²，確立半徑約束的最小二乘圓擬合： 以及目標函數為F(a,b,c)=Σj=1m(xij2+yij2+axij+byij+c)2,]]>式中：a＝-2x_i，b＝-2y_i，c=a2+b2-4R24,]]>

23)根據多元函數求極值的必要條件得：用矩陣表示為： Σj=1mxij2Σj=1mxijyijΣj=1mxijΣj=1mxijyijΣj=1myij2Σj=1myijΣj=1mxijΣj=1myijmabc=-Σj=im(xij3+xijyij2)-Σj=im(xij2yij+yij3)-Σj=im(xij2+yij2),]]>求得相應的x_i,y_i坐標；

24)對所有采樣時刻t_i，i＝1,2,3,...,n，n為采樣次數，均按上述方法求解出對應的刀 具中心坐標，則可獲得刀具在X,Y方向顫振信號，X＝[x₁,x₂,…,x_n]，Y＝[y₁,y₂,…,y_n]。