[發明專利]具有多切削狀態參數監測功能的減振內孔車刀及監測方法

有效

• 申請號: 202110774217.8
• 申請日: 2021-07-08
• 公開（公告）號: CN113427034B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發明（設計）人: 劉強;張海軍;高大湧;周強;白崢言
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: B23B25/06
• 分類號: B23B25/06;B23Q11/00;B23Q17/09
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳泉清

1.減振內孔車刀多切削狀態參數監測方法，所監測車刀包括內孔車刀和切削狀態參數感知系統，所述內孔車刀包括車刀刀片(1)、刀頭(2)和刀桿(5)，刀頭(2)固定在刀桿(5)的前端，刀頭(2)用于裝夾車刀刀片(1)，所述切削狀態參數感知系統用于采集車刀刀片(1)切削內孔時的振動信號，并根據該振動信號獲取車刀刀片(1)的刀尖處振動位移、速度及加速度狀態參數；

切削狀態參數感知系統包括傳感單元(3)、吸振塊(4)、信號采集模塊(6)、信號傳輸模塊(7)和上位機(9)，

刀桿(5)內部靠近刀頭(2)一側設置有空腔，在所述空腔內部設置有傳感單元(3)和吸振塊(4)，所述吸振塊(4)通過懸臂梁(10)固定在靠近刀頭一側空腔側壁上，吸振塊(4)能夠在空腔內做懸臂振動，在所述懸臂梁(10)上設置有傳感單元(3)，所述傳感單元(3)由x向振動傳感器(3-1)和z向振動傳感器(3-2)構成，x向振動傳感器(3-1)和z向振動傳感器(3-2)在懸臂梁同一圓周上成90度角布置，用于感知吸振塊(4)的振動信息，其中x向為豎直方向，z向為水平方向且與懸臂梁軸向垂直；

所述振動信號發送給信號采集模塊(6)，并通過信號傳輸模塊(7)發送至上位機(9)，上位機(9)通過動力學方程計算獲得刀尖處振動位移、速度及加速度狀態參數；

其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟一、信號采集：x向振動傳感器(3-1)監測獲取車刀x向振動加速度a_x，z向振動傳感器(3-2)監測獲取車刀z向振動加速度a_z；監測的振動加速度由信號采集模塊(6)采集，并通過信號傳輸模塊(7)發送至上位機(9)；

步驟二、上位機(9)根據x向振動加速度a_x獲取車刀刀片(1)的刀尖處x向振動位移δ_x、速度及加速度狀態參數；

獲取車刀刀片(1)的刀尖處x向振動位移δ_x具體過程為：

A1、根據接收到的x向振動加速度a_x信息獲取x向振動頻率ω；

A2、吸振塊(4)中點的x向振動位移x₂按下式獲取：

其中，x_l1為x向振動傳感器(3-1)中點的x向振動位移，由x向振動加速度a_x二次積分獲?。?/p>

l₁為x向振動傳感器(3-1)中點與懸臂梁(10)固定端的水平距離；

l₂為吸振塊(4)中點與懸臂梁(10)固定端的水平距離；

A3、建立x向動力學方程：

其中，F_Ax為內孔車刀x向切削力Fx的幅值，M₁為內孔車刀等效質量，K₁為內孔車刀剛度，C₁為內孔車刀阻尼，m₂為吸振塊(4)的質量，k₂為懸臂梁(10)的剛度，c₂為懸臂梁(10)的阻尼；x₁為內孔車刀等效位置點的x向振動位移，內孔車刀等效位置點設置在刀桿(5)空腔中，且在靜止狀態時與吸振塊(4)中點重合；x₂為吸振塊(4)中點的x向振動位移；

A4、根據A3的動力學方程獲取內孔車刀x向切削力Fx的幅值F_Ax：

其中，A_2-x為吸振塊(4)中點的x向振動位移x₂的振幅；

中間變量a、b、f和g按下式求取：

a＝(K₁+k₂-M₁ω²)(k₂-m₂ω²)-k₂²-(C₁+c₂)c₂ω²+c₂²ω²，

b＝(K₁+k₂-M₁ω²)c₂ω+(k₂-m₂ω²)(C₁+c₂)ω+2(K₁+k₂)c₂ω，

f＝k₂，

g＝c₂ω；

A5、根據A4的幅值F_Ax獲取內孔車刀x向切削力Fx：

Fx＝F_AXsin(ωt)；

A6、根據步驟A5的內孔車刀x向切削力Fx獲取車刀刀片(1)的刀尖處x向振動位移δ_x：

步驟三、上位機(9)根據z向振動加速度a_z獲取車刀刀片(1)的刀尖處z向振動位移δ_z、速度及加速度狀態參數。