[發(fā)明專利]基于機床主軸?刀柄?刀具模態(tài)耦合技術的切削力測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710322151.2
• 申請日: 2017-05-09
• 公開（公告）號: CN107097101B
• 公開（公告）日: 2018-02-06
• 發(fā)明（設計）人: 張衛(wèi)紅;萬敏;原恒;殷偉
• 申請（專利權）人: 西北工業(yè)大學
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00;B23Q17/09
• 代理公司: 西北工業(yè)大學專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

1.一種基于機床主軸-刀柄-刀具模態(tài)耦合技術的切削力測量方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一、將刀具裝夾在機床上，在刀桿上選取測量點P；過測量點P所測位移在切削進給方向，測得切削力為進給方向切削力；在切削進給法向，測得切削力為進給法向切削力；

步驟二、將電容式位移傳感器固定在刀桿的測量點P處，調(diào)節(jié)電容式位移傳感器探頭與測量點P之間的距離，使之達到傳感器的測量范圍，并將電容式位移傳感器與其配套驅(qū)動器、數(shù)據(jù)采集設備以及計算機連接好；

步驟三、采集機床空轉(zhuǎn)時的刀桿測量點P的變形位移信號δ_ac；

步驟四、采集機床加工過程中的刀桿測量點P的變形位移信號δ_c；

步驟五、計算刀桿測量點P的實際變形位移信號δ_c-δ_ac；

步驟六、將機床-刀具系統(tǒng)劃分為機床主軸-刀柄、刀柄與刀具接合面、刀具柄部和刀具刃部四個子結(jié)構，并對四個子結(jié)構建立有限元模型；

步驟七、機床主軸-刀柄的動力學方程為Z_s(ω)Q_s(ω)＝F_s-a(ω)；其中，Z_s(ω)表示機床主軸-刀柄的剛度矩陣，Q_s(ω)表示機床主軸-刀柄的位移向量，F(xiàn)_s-a(ω)表示刀柄-刀具接合面對機床主軸-刀柄的力向量；

步驟八、刀柄-刀具接合面的動力學方程為其中，Q_a(t)表示刀柄-刀具接合面的位移向量，F(xiàn)_a-s(t)表示機床主軸-刀柄對刀柄-刀具接合面的力向量，F(xiàn)_a-k(t)表示刀具柄部對刀柄-刀具接合面的力向量，C_a表示刀柄-刀具接合面的阻尼矩陣，K_a表示刀柄-刀具接合面的剛度矩陣；

步驟九、刀具柄部的動力學方程為其中，Q_k(t)表示刀具柄部的位移向量，F(xiàn)_k-a(t)表示刀柄-刀具接合面對刀具柄部的力向量，F(xiàn)_k-e(t)表示刀具刃部對刀具柄部的力向量，M_k表示刀具柄部的質(zhì)量矩陣，C_k表示刀具柄部的阻尼矩陣，K_k表示刀具柄部的剛度矩陣；

步驟十、刀具刃部的動力學方程為其中，Q_e(t)表示刀具刃部的位移向量，F(xiàn)_e-k(t)表示刀具柄部對刀具刃部的力向量，F(xiàn)_A(t)表示施加在刀尖點的外力向量，M_e表示刀具刃部的質(zhì)量矩陣，C_e表示刀具刃部的阻尼矩陣，K_e表示刀具刃部的剛度矩陣；

步驟十一、將步驟八、步驟九和步驟十的方程進行傅里葉變換，結(jié)合步驟七的方程，機床-刀具系統(tǒng)的動態(tài)剛度矩陣通過下式計算：其中，U為轉(zhuǎn)換矩陣；

步驟十二、機床-刀具系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)矩陣，通過公式H(ω)＝Z^-1(ω)計算；

步驟十三、從步驟十二得到的機床-刀具系統(tǒng)的頻率響應函數(shù)矩陣H(ω)中提取刀具柄部測量點P處的頻率響應函數(shù)；

步驟十四、選取步驟十三的頻率響應函數(shù)幅值平穩(wěn)段的頻率響應函數(shù)，計算所述平穩(wěn)段內(nèi)頻率響應函數(shù)的平均值Φ；

步驟十五、用公式計算刀桿測量點P的剛度；

步驟十六、由步驟五確定的δ_c-δ_ac和步驟十五確定的K_δ，用公式F＝K_δ(δ_ac-δ_c)計算得到切削力。