器的结构，或 者安装传感器会影响加工过程，或者传感器的测量结果受到切肩、切削液的影响从而会影 响结果的准确性，本发明中各种传感器的安装不会影响加工过程，不受切肩、切削液的干 扰，并可对刀尖点振动位移的进行实时在线测量，获取过程快捷方便，准确。
[0030] 总之，本发明方法可以在线获取刀尖点的振动位移，而且传感器安装不会影响生 产过程，测量过程不受切肩、切削液的影响，可以运用到实际生产加工中，为加工过程中切 削力控制、颤振抑制提供依据。
【附图说明】
[0031] 图1是获取刀尖点与机床主轴上最佳位置点之间的振动位移传导函数的流程示 意图；
[0032] 图2是获取刀尖点和机床主轴上多个位置点的振动加速度频响函数时力锤敲击 试验的示意图；
[0033] 图3是激振器持续激励刀尖点时测量机床主轴上多个位置点和刀尖点振动位移 的不意图；
[0034] 图4是实际加工过程中由主轴上最佳位置S间接测量获得刀尖点振动位移的示意 图；
[0035] 图5是实际加工过程中刀尖点振动位移计算流程示意图。
【具体实施方式】
[0036] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0037] 本发明中一种测量刀尖点振动位移的方法，包括如下步骤：
[0038] Sl :在刀尖点和机床主轴上多个位置点安装振动加速度传感器，采用力锤敲击刀 尖点，同时采集力锤的力信号，以及刀尖点和机床主轴上多个位置点的振动加速度信号，利 用LMS软件计算得到刀尖点和主轴上多个位置点的振动加速度频响函数曲线，多个主轴位 置点位于机床主轴的X，Y方向上，且沿机床主轴轴向等间距分布；
[0039] S2 :根据步骤Sl的振动加速度频响函数曲线经过拟合、运算获得所述主轴上多个 位置点分别与所述刀尖点之间的多个振动位移传导函数，具体为：
[0040] 首先，根据步骤Sl的刀尖点和机床主轴上多个位置点的振动加速度频响函数曲 线分别拟合得到刀尖点和主轴上多个位置点的振动加速度频响函数的数学表达式；
[0041] 再次，根据振动加速度频响函数和振动位移频响函数的数学关系，由所述刀尖点 和主轴上多个位置点的振动加速度频响函数的数学表达式计算得到所述刀尖点和主轴上 多个位置点的振动位移频响函数；
[0042] 最后，将主轴上多个位置点的振动位移频响函数分别除以刀尖点的振动位移频响 函数就可获得所述主轴上多个位置点分别与所述刀尖点之间的多个振动位移传导函数。
[0043] S3:测量获得激振器持续激励下所述刀尖点和所述主轴上多个位置点的振动位 移，并根据主轴上多个位置点的振动位移以及步骤S2中所述多个振动位移传导函数，计算 获得刀尖点振动位移的多个计算值，将其与刀尖点振动位移的实测值进行对比，选择误差 最小的计算值作为最佳计算值，最佳计算值对应的主轴位置点为最佳主轴位置点，最佳主 轴位置点和刀尖点之间的振动位移传导函数为最佳振动位移传导函数；
[0044] S4:采用激光位移传感器测量实际加工过程中最佳位置点的振动位移，根据该振 动位移和最佳振动位移传导函数计算获得实际加工过程中刀尖点的振动位移。
[0045] 图1是获取刀尖点与机床主轴上最佳位置点之间的振动位移传导函数的流程示 意图。
[0046] 图2是获取刀尖点和机床主轴上多个位置点的振动加速度频响函数时力锤敲击 试验的示意图，在图1中，用力锤从X向敲击刀尖点，测量力锤的力信号F x(O)，以及刀尖点 和主轴上多个位置点分别沿X，Y方向振动加速度信号Ax ( ω )，Ay ( ω )，可以获得X向激励下 各个位置点分别在X，Y方向的振动加速度频响函数曲线ga_xx ( ω )，ga xy ( ω )，ga χχ ( ω )，ga xy(?)分别如下：
【主权项】
1. 一种测量刀尖点振动位移的方法，其特征在于，包括如下步骤： 51 :给机床上刀具刀尖点施加激励以使其振动，同时采集刀尖点和机床主轴上多个位 置点的振动信号，接着计算获得刀尖点和机床主轴上多个位置点的振动加速度频响函数曲 线； 52 :根据步骤S1的振动加速度频响函数曲线计算获得机床主轴上多个位置点分别与 所述刀尖点之间的多个振动位移传导函数； 53 :测量获得所述刀尖点和所述多个位置点在持续振动时候的实际振动位移，并根据 多个位置点的振动位移以及步骤S2中所述多个振动位移传导函数，计算获得刀尖点的多 个振动位移计算值，以用于挑选出与所述刀尖点实际振动位移最接近的最佳计算值，进而 选择获得与该最佳计算值对应的最佳振动位移传导函数，以及与该最佳振动位移传导函数 所对应的机床主轴上的最佳位置点； S4:测量实际加工过程中所述最佳位置点的振动位移，根据该振动位移和最佳振动位 移传导函数计算获得实际加工过程中刀尖点的振动位移。
2. 如权利要求1所述的一种测量刀尖点振动位移的方法，其特征在于，步骤S2具体过 程包括： 首先，根据步骤S1的刀尖点和机床主轴上多个位置点的振动加速度频响函数曲线分 别拟合得到刀尖点和主轴上多个位置点的振动加速度频响函数的数学表达式； 再次，根据振动加速度频响函数和振动位移频响函数的数学关系，由所述刀尖点和主 轴上多个位置点的振动加速度频响函数的数学表达式计算得到所述刀尖点和主轴上多个 位置点的振动位移频响函数； 最后，将主轴上多个位置点的振动位移频响函数分别除刀尖点的振动位移频响函数以 获得所述主轴上多个位置点分别与所述刀尖点之间的振动位移传导函数。
3. 如权利要求1或2所述的一种测量刀尖点振动位移的方法，其特征在于，步骤S3,采 用多个振动位移传导函数乘以各自对应的主轴位置点的实际振动位移从而计算获得刀尖 点振动位移的多个计算值。
4. 如权利要求1所述的一种测量刀尖点振动位移的方法，其特征在于，步骤S1中所述 多个主轴位置点位于机床主轴的X方向和Y方向上，且沿机床主轴轴向等间距分布。
5. 如权利要求1或2所述的一种测量刀尖点振动位移的方法，其特征在于，步骤S3中 采用激振器持续激励刀尖点以使所述刀尖点和所述机床主轴上多个位置点产生持续振动。
6. 如权利要求1或2所述的一种测量刀尖点振动位移的方法，其特征在于，步骤S3,采 用激光位移传感器测量所述刀尖点和所述主轴上多个位置点的实际振动位移。
7. 如权利要求1或2所述的一种测量刀尖点振动位移的方法，其特征在于，步骤S1中， 采用力锤敲击刀尖点以给其施加激励而使其振动，并采集力锤的力信号，用于计算获得刀 尖点和主轴上多个位置点的振动加速度频响函数曲线时使用。
8. 如权利要求1或2所述的一种测量刀尖点振动位移的方法，其特征在于，步骤S1中， 在刀尖点和机床主轴上多个位置点处安装振动加速度传感器采集振动加速度信号，用于计 算获得刀尖点和主轴上多个位置点的振动加速度频响函数曲线时使用。
【专利摘要】本发明公开了一种测量刀尖点振动位移的方法，属于切削加工领域，包括：S1获得刀尖点和机床主轴上多个位置点的振动加速度频响函数曲线；S2计算获得所述刀尖点分别与所述多个位置点之间的多个振动位移传导函数；S3测量获得刀尖点和多个位置点在持续振动时候的实际振动位移，根据多个振动位移传导函数计算获得刀尖点的多个振动位移计算值，挑选出与所述刀尖点实际振动位移最接近的振动位移最佳计算值，并选择获得最佳振动位移传导函数以及机床主轴上最佳位置点；S4测量实际加工过程中最佳位置点的振动位移，计算获得实际加工过程中刀尖点的振动位移。本发明方法可以在线获取刀尖点的振动位移，测量过程不受切屑、切削液的影响。
【IPC分类】B23Q17-12
【公开号】CN104526465
【申请号】CN201410821924
【发明人】李斌, 刘红奇, 毛新勇, 汤胜兵, 彭芳瑜
【申请人】华中科技大学
【公开日】2015年4月22日
【申请日】2014年12月25日