一种基于功率流的车削颤振预报方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及车床加工时颤振的预报方法，尤其设及一种基于功率流的车削颤振预 报方法。
【背景技术】
[0002] 在车削加工过程中，由于切削力和其它不确定因素的作用，加工过程中往往会产 生颤振现象，影响车削的加工精度和车削效率。颤振是一种自激振动，其中再生型颤振最为 有害，再生型颤振是由于加工过程中切削厚度变化效应所产生的动态切削力激起的。颤振 现象的发生会降低所加工工件的表面质量，导致加工刀具提前报废，同时在加工过程中产 生很大的噪声。
[0003] 针对车削加工过程中的颤振现象，目前已经提出了一些不同的方法来检测颤振的 有无。如：通过频率来判定，其通过对预先存储的基准振动频率与颤振的频率进行比较来检 测颤振，但由于颤振的频率会根据各种工具与工件的组合、加工条件等发生变化，因此在产 生了检测不到频率的颤振情况下，存在不能检测出颤振的可能性，使得颤振检测的可靠性 不局。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是提供一种可大大提高颤振检测的可靠性的基于功 率流的车削颤振预报方法。
[0005] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于功率流的车削颤振预报 方法，包括W下具体步骤：
[0006] (1)、在车刀的刀尖部位分别安装相位仪、力传感器和速度传感器，并将相位仪、力 传感器和速度传感器分别与乘法器电连接，将乘法器与颤振判定模块电连接；
[0007](2)、在乘法器中设定振动功率流的关系式：
[0008]
[000引其中：P康示第i个采样时间内的振动功率流，F康示第i个采样时间内力传感 器所测得的作用在车刀刀尖上的激振力，Vi表示第i个采样时间内速度传感器所测得的车 刀刀尖的速度，Φι表示第i个采样时间内相位仪所测得的车刀刀尖上的激振力与速度间的 相位角；
[0010](3)、在颤振判定模块中设定颤振的预报函数Y为：
[0011]
[001引其中：η取自然数，η= 1、2、3···;
[0013] (4)、在颤振判定模块中预先设定颤振的预报函数Y的临界值为5. 625,即Yiim= 5. 625,在车削加工的过程中，实时监测车刀的颤振情况，若测得车刀在某个采样时间的颤 振的预报函数值Y>Yiim，则认为产生颤振，否则认为不产生颤振。
[0014] 所述的一种基于功率流的车削颤振预报方法，还设置有报警装置，报警装置与颤 振判定模块电连接，当Y>Ylim时，报警装置发出报警。
[0015] 与现有技术相比，本发明的优点是该方法通过应用功率流理论来获得颤振判定的 特征量并设计相应的检测系统，其能够快速准确的判断车削过程是否产生颤振现象，大大 提高了颤振检测的可靠性。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的结构示意图；
[0017] 图2为本发明的流程示意图；
[001引 图3为户随时间t的变化曲线。
【具体实施方式】
[0019]W下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0020] 如图所示，一种基于功率流的车削颤振预报方法，包括W下具体步骤：
[0021](1)、在车刀1的刀尖部位分别安装相位仪（图中未显示）、力传感器2和速度传感 器3,并将相位仪、力传感器2和速度传感器3分别与乘法器4电连接，将乘法器4和报警装 置6分别与颤振判定模块5电连接；
[0022] (2)、在乘法器4中设定振动功率流的关系式：
[0023]
[0024]其中：Pi表示第i个采样时间内的振动功率流，F1表示第i个采样时间内力传感 器2所测得的作用在车刀1刀尖上的激振力，Vi表示第i个采样时间内速度传感器3所测 得的车刀1刀尖的速度，Φ康示第i个采样时间内相位仪所测得的车刀1刀尖上的激振力 与速度间的相位角；
[0025](3)、在颤振判定模块5中设定颤振的预报函数Y为：
[0026]
[0027]其中：η取自然数，η=1、2、3···;
[002引 （4)、在颤振判定模块5中预先设定颤振的预报函数Υ的临界值为5. 625,即Yiim= 5. 625,在车削加工的过程中，实时监测车刀1的颤振情况，若测得车刀1在某个采样时间的 颤振的预报函数值Y>Yiim，则认为产生颤振，报警装置发出报警，否则认为不产生颤振。
[0029] W下是对基于功率流的颤振预报函数Y的具体推导过程：
[0030] 假设作用于车刀刀尖上某点的激振力为Fi(t)，相应产生的速度为Vi(t)。对于简 谐激励力Fi(t) =iFilsinwt，作用在导纳为'的结构上的一点，在运点产生的速度 Vi(。= |vi|sin("t+d)i)，其中Φι是车刀刀尖的激振力和速度间的相位角，贝1J瞬时输入的 振动功率为P=FiVi^^^= |Fi||vi|sin"t8；[]1(>1+<1〇其中，￥;""是￥前共辆，"是激振频 率。
[0031] 在第i个采样时间Ts内的功率的平均值称为振动功率流P1，可表示为：
[0032]
[0033] 设巧是在η个采样时间内的平均功率流，即 ，则畫表示所测信号功率流 Ρ 的变化情况，由于受偶然因素的影响，单独从功率流变化大小不能很准确的判定颤振情况， 并且^此为判据的临界值不易确定。图3为^随时间t的变化曲线，在4、8、0^点处的功 率流变化不大，切削过程处于稳定状态，在D处功率流变化很大产生了颤振，但是在连续曲 线上不能准确确定临界值，只能大概判断而会对预报颤振产生误判。
[0034] 对于一个敏感指标而言，希望存在一个理想的临界值，超过该值一般会发生突 变，否则就不发生突变。预报颤振不可能完全做到准确预报，只能提高准确预报的概率， 因此绝对理想的临界值是不存在的，只是临界范围。为了准确的预报颤振，需要引入一个 开关系数M，该系数将对整个车削过程判定是否颤振起到口限值的作用。
[0035]
[0036] 其中，sgn为符号函数，巧为功率流的方差，其表达式如下：
[0037]
[003引当巧-Ρ-1.96σ,; >0日寸，取值为1，而当巧-歹-1,雜σ巧<0日寸，取值为-1。 "1"表示有97. 5%的置信度不会产生误判，但是仍有2. 5%的概率因偶然干扰产 生误判，因此，我们可W构造综合判定颤振的预报函数如下：
[0039]
[0040] 当第i个采样时刻功率流变化较大时有：
[0041]
[0042]即此时M=l，
[0043] 当由于偶然因素造成功率流波动变大，但是并未发生颤振时，此时的Μ值保持-1 不变而不会由于偶然因素产生突变，可得：
[004引关于Yiim值的确定，当满足W下两个条件时，根据经验可认为颤振即将发生：第 一，6 衣一 1.96。,。>0，第二4>1.8巧，将运两个条件代入预报函数可得：
[0047] Yiim= 3X 1.875=5. 625,因此可W通过判断预报函数值的大小来判断是否产生 颤振，当Y>Yiim时，认为产生颤振，否则不产生颤振。
【主权项】
1. 一种基于功率流的车削颤振预报方法，其特征在于包括以下具体步骤： (1) 、在车刀的刀尖部位分别安装相位仪、力传感器和速度传感器，并将相位仪、力传感 器和速度传感器分别与乘法器电连接，将乘法器与颤振判定模块电连接； (2) 、在乘法器中设定振动功率流的关系式：其中A表示第i个采样时间内的振动功率流，Fi表示第i个采样时间内力传感器所 测得的作用在车刀刀尖上的激振力，Vl表示第i个采样时间内速度传感器所测得的车刀刀 尖的速度，Φi表示第i个采样时间内相位仪所测得的车刀刀尖上的激振力与速度间的相位 角； (3) 、在颤振判定模块中设定颤振的预报函数Y为：其中：n取自然数，η= 1、2、3···; (4) 、在颤振判定模块中预先设定颤振的预报函数Υ的临界值为5. 625,即Υ1ιηι= 5. 625， 在车削加工的过程中，实时监测车刀的颤振情况，若测得车刀在某个采样时间的颤振的预 报函数值Υ多Υ1ιηι，则认为产生颤振，否则认为不产生颤振。2. 如权利要求1所述的一种基于功率流的车削颤振预报方法，其特征在于设置有报警 装置，所述的报警装置与所述的颤振判定模块电连接，当Υ多YhJ寸，报警装置发出报警。
【专利摘要】本发明公开了一种基于功率流的车削颤振预报方法，特点是在车刀的刀尖部位分别安装相位仪、力传感器和速度传感器，并将相位仪、力传感器和速度传感器分别与乘法器电连接，将乘法器与颤振判定模块电连接，在乘法器中设定振动功率流的关系式，在颤振判定模块中设定颤振的预报函数Y，并预先设定颤振的预报函数Y的临界值为5.625，即Ylim＝5.625，在车削加工的过程中，实时监测车刀的颤振情况，若测得车刀在某个采样时间的颤振的预报函数值Y≥Ylim，则认为产生颤振，否则认为不产生颤振；优点是该方法通过应用功率流理论来获得颤振判定的特征量并设计相应的检测系统，其能够快速准确的判断车削过程是否产生颤振现象，大大提高了颤振检测的可靠性。
【IPC分类】B23Q17/09, B23B25/04, B23Q17/12, B23Q11/00
【公开号】CN105290434
【申请号】CN201510732035
【发明人】李国平, 邱辉, 朱立力, 李剑锋, 申振楠
【申请人】宁波大学
【公开日】2016年2月3日
【申请日】2015年11月2日