[發明專利]一種深孔鏜削加工顫振的在線監測與抑制方法

有效

• 申請號: 201910013374.X
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109746762B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 劉志兵;陳掣;王西彬;王耀武;焦黎;梁志強;滕龍龍;沈文華;陳暉
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B23Q17/00
• 分類號: B23Q17/00;B23B47/00;B23Q11/00
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 李冉

本發明公開了一種深孔鏜削加工顫振的在線監測方法，顫振的監測和抑制方法：先構建深孔鏜削加工的在線監測系統；構建浮動鏜刀鏜削加工動力學模型；建立驅動電機電流信號與鏜削加工動態特性的關系；再針對已知系統外部輸入的情況，來完全確定系統在未來各個時刻的狀態，通過對狀態變量的描述和求解建立外部輸入輸出變量和內部狀態變量之間的關系；然后將顫振信號與正常加工信號進行對比，實現對早期顫振的在線監測。本發明中的在線監測和抑制方法對深孔鏜削過程中的顫振進行實時監測和抑制，可以提高工件的加工精度，降低工件的不合格率。

技術領域

本發明涉及深孔鏜削加工技術領域，更具體的說是涉及一種深孔鏜削加工顫振的在線監測與抑制方法。

背景技術

隨著科技的發展，深孔的運用越來越廣泛，例如：工業中齒輪軸、曲軸和噴油器提供潤滑油的孔；武器工業的槍管炮管；航空工業中發動機的冷卻孔；醫療工業中的空心植入物或者外科醫療器械等等。深孔零件在機械加工中屬于較高精度要求的零件，精鏜常作為深孔零件最后一道工序用來保證孔的精度，但由于鏜桿的懸伸量較大，往往會導致鏜削系統的結構剛度很低，并且在加工的過程中很容易發生顫振。然而顫振會極大地影響精鏜的精度，嚴重時甚至會使零件報廢。因此，在線監測顫振成為了提高深孔加工效率和加工精度的關鍵因素。

目前，深孔鏜削加工中主要應用的監測方法分為直接法和間接法。直接法使用外部傳感器如麥克風或聲發射傳感器來實現對顫振的在線監測，直接法裝置簡單，但是直接法中麥克風和聲發生傳感器往往會受到附近噪聲的影響，當刀具進入零件加工時，在一定頻率下的聲音信號會被放大，從而導致虛假的顫振報警，降低了監測方法的準確性。間接法通過對安裝在主軸、支架的傳感器信號(即力、扭矩、振動)進行評估來檢測顫振，大多數安裝在主軸和支架上的傳感器雖然能夠保證良好的精度，但是，在安裝后會降低主軸的動態剛度。

因此，研究出一種既可以避免降低主軸的動態剛度又能準確的對顫振現象進行在線監測和抑制的方法是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種可以避免降低主軸的動態剛度，且監測準確性高的深孔鏜削加工顫振的在線監測與抑制方法。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：一種深孔鏜削加工顫振的在線監測方法，顫振的在線監測方法如下：

步驟(1)，構建深孔鏜削加工顫振的在線監測系統，其包括：深孔鏜床、電流放大器、數據采集卡、工控機和控制器；所述電流放大器、數據采集卡、工控機和控制器依次排布且電性連接；

所述深孔鏜床上固定連接夾具部、電機及鏜桿，所述電機與所述鏜桿固定連接，工件置于所述夾具部內，所述鏜桿的端部設置浮動鏜刀，所述浮動鏜刀對所述工件進行深孔鏜削加工；所述夾具部及電機分別與所述電流放大器電性連接；所述夾具部及電機分別與所述控制器電性連接；

步驟(2)，構建浮動鏜刀鏜削加工動力學模型：包括以下步驟：

(2.1)，所述浮動鏜刀為對稱結構，選取其中一半刀具作為研究對象；

(2.2)，依據動力學公式：對刀具進行動力學分析；其中，M為系統質量、C為阻尼系數、k為剛度矩陣，β為刀具切削方向與豎直平面的夾角，F(t)為顫振狀態下切削力的大小，x(t)為浮動鏜刀位移量，為浮動鏜刀鏜削速度，為浮動鏜刀鏜削加速度；

(2.3)，在再生型顫振的影響下計算得到浮動鏜刀實際切削量為：y(t)＝y₀-[x(t)-x(t-T)]；其中，y₀為理論切削量，單位mm，T為鏜刀旋轉的周期，單位s，x(t)為浮動鏜刀位移量，x(t-T)為鏜削一個周期后浮動鏜刀位移量；

(2.4)，假設所述顫振狀態下切削力的大小為：F(t)＝k_sby(t)；其中，b為鏜削寬度系數，k_s為鏜削剛度系數；