[發明專利]基于內嵌式壓電傳感器的薄壁件銑削加工振動監測方法

有效

• 申請號: 201910333827.7
• 申請日: 2019-04-24
• 公開（公告）號: CN109894925B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 張定華;孫午陽;羅明;劉冬生;夏衛紅;羅歡
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23Q17/12
• 分類號: B23Q17/12
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發明公開了一種基于內嵌式壓電傳感器的薄壁件銑削加工振動監測方法，用于解決現有薄壁件銑削加工振動監測方法實用性差的技術問題。技術方案是將壓電傳感器內置于夾具上；再將內置壓電傳感器進行連接與采集測試；通過力錘模態試驗獲取薄壁零件在裝夾狀態下的各階固有頻率；對薄壁零件進行側銑加工，內嵌傳感器對加工過程進行監測；對傳感器與數控系統采集的信號進行處理與分析。該方法將壓電傳感器內嵌于夾具中，避免了傳感器對銑削過程中刀具的干涉，同時由于內嵌式性質，傳感器不會受到切削液的影響。內嵌式壓電傳感器對薄壁零件銑削過程中產生的振動信號的進行實時采集，實現薄壁件銑削加工的實時振動監測，實用性好。

技術領域

本發明涉及一種薄壁件銑削加工振動監測方法，特別涉及一種基于內嵌式壓電傳感器的薄壁件銑削加工振動監測方法。

背景技術

薄壁零件常見于航空工業，是航空領域中典型、重要的零部件之一，在國防、運載等領域有著廣泛的應用，如發動機葉片、飛機壁板等。在多軸數控加工領域特別是金屬銑削領域中，銑削加工所涉及的相關技術和設備隨著材料科學、計算機技術及傳感器技術的發展得到了顯著的進步，從而極大地提升了復雜產品的加工能力，但同時這也對制造工藝技術提出了更為苛刻的要求。在航空發動機中，薄壁件常采用鈦合金、高溫合金等材料，材料的高強度、難切削性加劇了刀具與工件接觸區的耦合作用。而材料的不斷去除及刀具位姿的變化又為工藝系統帶來強時變特性。薄壁結構又由于其固有的弱剛度屬性，在加工過程中難以保證其穩定性。上述特性導致其動力學穩定性較差，容易引發銑削顫振，從而帶來加工質量下降、效率降低等一系列問題。

對于此類零件的加工，其加工過程振動的監測與判定是至關重要的任務。在實際生產加工中，加工參數往往由現場師傅的經驗所決定，其可靠性也很大程度取決于工人師傅的水平。這種加工參數通常過于保守，無法發揮機床的性能，甚至造成加工過程的不穩定而發生顫振，極大地降低了加工質量與加工效率。因此，銑削過程振動的監測對于薄壁件加工的質量和效率保證具有重要意義。文獻“A proposal of new multifunctionalpressure sensor based on PVDF films，IEEE Transactions on Instrumentation andMeasurement,vol.62,pp.2870–2877,2013”公開了一種基于PVDF傳感器的薄壁件銑削監測方法。該方法利用PVDF傳感器的動態特性，對加工過程中產生的振動和壓力進行了有效監測與采集。文獻公開的方法將傳感器固定在工件表面，對銑削加工過程的刀具路徑產生干涉，且若銑削為非干切狀態，切削液的使用會對傳感器產生沖擊，嚴重時切削液會損壞傳感器，對監測結果產生影響，因此在實際加工過程中難以推廣使用。

發明內容

為了克服現有薄壁件銑削加工振動監測方法實用性差的不足，本發明提供一種基于內嵌式壓電傳感器的薄壁件銑削加工振動監測方法。該方法將壓電傳感器內置于夾具上；再將內置壓電傳感器進行連接與采集測試；通過力錘模態試驗獲取薄壁零件在裝夾狀態下的各階固有頻率；對薄壁零件進行側銑加工，內嵌傳感器對加工過程進行監測；對傳感器與數控系統采集的信號進行處理與分析。該方法將壓電傳感器內嵌于夾具中，避免了傳感器對銑削過程中刀具的干涉，同時由于內嵌式性質，傳感器不會受到切削液的影響。內嵌式壓電傳感器對薄壁零件銑削過程中產生的振動信號的進行實時采集，實現薄壁件銑削加工的實時振動監測，實用性好。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種基于內嵌式壓電傳感器的薄壁件銑削加工振動監測方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、將內嵌式壓電傳感器內置于夾具上，內嵌式壓電傳感器位于薄壁工件與夾具之間。薄壁工件的規格滿足：

式中，l為工件長度，b為工件厚度，α為工件長度與厚度的比值。