一种深孔镗削加工颤振的在线监测与抑制方法技术

本发明专利技术公开了一种深孔镗削加工颤振的在线监测方法，颤振的监测和抑制方法：先构建深孔镗削加工的在线监测系统；构建浮动镗刀镗削加工动力学模型；建立驱动电机电流信号与镗削加工动态特性的关系；再针对已知系统外部输入的情况，来完全确定系统在未来各个时刻的状态，通过对状态变量的描述和求解建立外部输入输出变量和内部状态变量之间的关系；然后将颤振信号与正常加工信号进行对比，实现对早期颤振的在线监测。本发明专利技术中的在线监测和抑制方法对深孔镗削过程中的颤振进行实时监测和抑制，可以提高工件的加工精度，降低工件的不合格率。

A Method of On-line Monitoring and Suppressing Chatter in Deep Hole Boring

The invention discloses an on-line monitoring method for chatter in deep-hole boring process, and a method for chatter monitoring and suppression: firstly, an on-line monitoring system for deep-hole boring process is constructed; a dynamic model of floating boring process is constructed; the relationship between the current signal of driving motor and the dynamic characteristics of boring process is established; and then, according to the external input of the known system, the future of the system is completely determined. By describing and solving the state variables, the relationship between the external input and output variables and the internal state variables is established, and then the flutter signal is compared with the normal processing signal to realize on-line monitoring of the early flutter. The on-line monitoring and restraining method in the invention can real-time monitor and restrain the chatter during deep hole boring, improve the processing accuracy of the workpiece and reduce the unqualified rate of the workpiece.

【技术实现步骤摘要】
一种深孔镗削加工颤振的在线监测与抑制方法
本专利技术涉及深孔镗削加工
，更具体的说是涉及一种深孔镗削加工颤振的在线监测与抑制方法。
技术介绍
随着科技的发展，深孔的运用越来越广泛，例如：工业中齿轮轴、曲轴和喷油器提供润滑油的孔；武器工业的枪管炮管；航空工业中发动机的冷却孔；医疗工业中的空心植入物或者外科医疗器械等等。深孔零件在机械加工中属于较高精度要求的零件，精镗常作为深孔零件最后一道工序用来保证孔的精度，但由于镗杆的悬伸量较大，往往会导致镗削系统的结构刚度很低，并且在加工的过程中很容易发生颤振。然而颤振会极大地影响精镗的精度，严重时甚至会使零件报废。因此，在线监测颤振成为了提高深孔加工效率和加工精度的关键因素。目前，深孔镗削加工中主要应用的监测方法分为直接法和间接法。直接法使用外部传感器如麦克风或声发射传感器来实现对颤振的在线监测，直接法装置简单，但是直接法中麦克风和声发生传感器往往会受到附近噪声的影响，当刀具进入零件加工时，在一定频率下的声音信号会被放大，从而导致虚假的颤振报警，降低了监测方法的准确性。间接法通过对安装在主轴、支架的传感器信号(即力、扭矩、振动)进行评估来检本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种深孔镗削加工颤振的在线监测方法，其特征在于，颤振的在线监测方法如下：步骤(1)，构建深孔镗削加工颤振的在线监测系统，其包括：深孔镗床、电流放大器、数据采集卡、工控机和控制器；所述电流放大器、数据采集卡、工控机和控制器依次电性连接；所述深孔镗床上固定连接夹具部、电机及镗杆，所述电机与所述镗杆固定连接，工件置于所述夹具部内，所述镗杆的端部设置浮动镗刀，所述浮动镗刀对所述工件进行深孔镗削加工；所述夹具部及电机分别与所述电流放大器电性连接；所述夹具部及电机分别与所述控制器电性连接；步骤(2)，构建浮动镗刀镗削加工动力学模型：包括以下步骤：(2.1)，所述浮动镗刀为对称结构，选取其中一半刀具作为...

【技术特征摘要】
1.一种深孔镗削加工颤振的在线监测方法，其特征在于，颤振的在线监测方法如下：步骤(1)，构建深孔镗削加工颤振的在线监测系统，其包括：深孔镗床、电流放大器、数据采集卡、工控机和控制器；所述电流放大器、数据采集卡、工控机和控制器依次电性连接；所述深孔镗床上固定连接夹具部、电机及镗杆，所述电机与所述镗杆固定连接，工件置于所述夹具部内，所述镗杆的端部设置浮动镗刀，所述浮动镗刀对所述工件进行深孔镗削加工；所述夹具部及电机分别与所述电流放大器电性连接；所述夹具部及电机分别与所述控制器电性连接；步骤(2)，构建浮动镗刀镗削加工动力学模型：包括以下步骤：(2.1)，所述浮动镗刀为对称结构，选取其中一半刀具作为研究对象；(2.2)，依据动力学公式：对刀具进行动力学分析；其中，M为系统质量、C为阻尼系数、k为刚度矩阵，β为刀具切削方向与竖直平面的夹角，F(t)为颤振状态下切削力的大小，x(t)为浮动镗刀位移量，为浮动镗刀镗削速度，为浮动镗刀镗削加速度；(2.3)，在再生型颤振的影响下计算得到浮动镗刀实际切削量为：y(t)＝y0-[x(t)-x(t-T)]；其中，y0为理论切削量，单位mm，T为镗刀旋转的周期，单位s，x(t)为浮动镗刀位移量，x(t-T)为镗削一个周期后浮动镗刀位移量；(2.4)，假设所述颤振状态下切削力的大小为：F(t)＝ksby(t)；其中，b为镗削宽度系数，ks为镗削刚度系数；(2.5)，将所述步骤(2.3)和(2.4)中的公式代入步骤(2.2)中的动力学公式中，对y(t)进行拉普拉斯变换得到传递函数1+(1-e-sT)ksbΦ(s)＝0；其中，Φ(s)是对x(t)进行拉普拉斯变换得到传递函数，其中，ζ为镗削振动系统的阻尼比，p为镗削系统的固有频率，(2.6)，依据所述步骤(2.5)，当s＝ji时，再生型颤振处于临界状态，利用Nyquist稳定性判据，将s＝ji带入到公式1+(1-e-sT)ksbΦ(s)＝0中计算得到再生型颤振临界状态下的公式：(-j2+2ζpji+p2)M+[1-cos(jT)+isin(jT)]ksbcosβ＝0；其中，j为虚部常数，i为虚数单位；(2.7)，对所述步骤(2.6)中的临界状态公式进行求解得到：其中(2.8)，根据所述步骤(2.7)中的临界状态公式推导得到镗削加工周期T：a为任意常数；(2.9)，根据所述步骤(2.6)中的临界状态公式以及步骤(2.8)中的加工周期T，计算得到临界状态下的转速和极限切削厚度：步骤(3)，建立驱动电机电流信号与镗削加工动态特性的关系，包括如下步骤：(3.1)，计算主轴电机转矩和有效电流的比例关系：Mm＝Ki＝Mf+Mc+Cω+Jε；其中，Mm为主轴电机转矩，k为转矩常数，i为主轴电机输出有效电流，Mf为摩擦切割转矩，Mc为机床传动系统等效到电机上的转矩，ω为角速度，J为转动惯量，ε为角加速度，C为系统等效阻尼；(3.2)，假设镗削系统净切削功率为p，系统载荷磨损系数为k，Mfω＝kp；(3.3)，镗削系统随着时间的变化，机床动态特性也会发生改变，假设随时间变化的机床动态特性为：[x1(t)，x2(t)，...，xn(t)]；(3.4)，根据所述步骤(2.4)和步骤(3.3)计算得到切削力与机床动态特性的关系式：F(t)＝ksby(t)＝f[x1(t)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志兵，陈掣，王西彬，王耀武，焦黎，梁志强，滕龙龙，沈文华，陈晖，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京,11