基于单点监测加速度的薄壁件加工加速度场构建方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单点监测加速度的薄壁件加工加速度场构建方法，用于解决现有方法实用性差的技术问题。技术方案是在薄壁件加工时仅使用一个加速度传感器，将其粘贴在薄壁件轴对称位置，利用监测得到的加速度信号通过反算算法得到任一加工位置处的加速度大小，从而构建整个薄壁件加工区域的加速度场，通过对加速度场数据分析，实现对加工时振动的表征。该方法使用的加速度传感器封装性较好，受切削液冲击影响小，利用加工时监测的加速度信号构建整个加工过程的加速度场以实现对加工振动的表征，同时模型考虑了工件各阶模态的影响，实用性好。

【技术实现步骤摘要】
基于单点监测加速度的薄壁件加工加速度场构建方法
本专利技术涉及一种薄壁件加工加速度场构建方法，特别涉及一种OPC安全网关数据包过滤方法。
技术介绍
高端行业的发展，促使工业中关键零部件(航空、航天、模具产业)性能和寿命的提高，应用智能制造工艺已经成为一个趋势。在这一方面，实现智能加工的关键因素之一就是过程监测，它需要为整个过程提供及时、可靠和详细的信息。机械加工作为一种减材制造方法，通过刀具与工件的相互作用最终得到所设计的零件形状。然而，由于刀具和工件之间周期性力的作用，必然使加工过程中发生振动引起工件的位移，从而影响加工表面质量，严重时还会加速刀具磨损，影响机床、夹具和刀具寿命，因此对于加工过程中的振动监测显得尤为重要。薄壁件作为一种结构性零部件具有质量轻、韧性强、节约材料等优点而被广泛应用在航空航天、汽车工业、仪器仪表、石油电力等领域。但是薄壁件刚度弱、强度差，在加工过程很容易发生振动使工件产生变形、加快刀具磨损、增大零件的形位误差、降低加工质量。同时薄壁零件在加工时的材料去除率高，容易伴随产生强时变性、非线性等问题，无法保证整个加工工艺系统的稳定性，从而发生难以预料的颤振等现象。针对于薄壁件的振动监测，现阶段主要利用各种传感器实时获取与振动相关的信号并进行在线信息处理，这些信号主要包括切削力、振动、声发射、声、功耗等，其中振动信号分为位移、速度和加速度。声发射、声信号的采集设备为声发射传感器和麦克风，但其信号监测容易受到环境的影响。振动监测为相应的位移、加速度传感器，但是监测过程受传感器安装位置影响较大，且现有的研究将一点监测到的信号代表整个加工过程中的振动强度，而这明显与振动能量衰减相违背。切削力的监测主要以测力台为主，但是该方法对力的采集设备具有较高的要求，且对于需要特殊装夹的零件，测力仪因无法满足装夹而受到限制，在实际应用中存在很大的局限性。文献“基于PVDF薄膜传感器的薄壁件铣削振动在线监测与分析，JournalOfMechanicalEngineering,vol.54,pp.116-123,2018,No.17”公开了一种利用PVDF薄膜传感器监测加工过程中振动的方法。文献公开的方法将传感器固定安装在工件自由端表面，当切削过程需要冷却时，切削液会对传感器的内置电极和整个封装模块产生冲击甚至破坏，且该方法在模型建立过程中只考虑了一阶模态的影响，未对更高阶模态进行分析，因此其构建的加工过程位移准确度较低。同时对于加速度场的构建，工程中主要在地震、海洋等领域研究较多，在加工时构建加工过程中加速度场还尚未有人提出。因此有必要通过构建工件加工过程中的加速度场实现对加工时的振动表征。
技术实现思路
为了克服现有方法实用性差的不足，本专利技术提供一种基于单点监测加速度的薄壁件加工加速度场构建方法。该方法在薄壁件加工时仅使用一个加速度传感器，将其粘贴在薄壁件轴对称位置，利用监测得到的加速度信号通过反算算法得到任一加工位置处的加速度大小，从而构建整个薄壁件加工区域的加速度场，通过对加速度场数据分析，实现对加工时振动的表征。该方法使用的加速度传感器封装性较好，受切削液冲击影响小，利用加工时监测的加速度信号构建整个加工过程的加速度场以实现对加工振动的表征，同时模型考虑了工件各阶模态的影响，实用性好。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案：一种基于单点监测加速度的薄壁件加工加速度场构建方法，其特点是包括以下步骤：步骤一、将待加工薄壁件安装在测力台上，用夹具固定，其中，薄壁件满足宽厚比大于10。步骤二、将加速度传感器粘贴在薄壁件待加工面另一侧的轴对称位置，并将加速度传感器、测力台与数据采集器、功率放大器连接同时进行采集信号校准。连接完毕后，当薄壁件不受力时，采集到的力信号与加速度信号为两条直线；当用力捶敲击工件时，采集信号随敲击力进行波动，此时说明系统连接正常，则进行数据采集。否则重新检查传感器与数据采集器的连接状态，直至监测到信号为随力锤敲击不断变化为止。步骤三、通过模态敲击实验得到薄壁件和夹具的频率响应函数及固有频率。步骤四、对薄壁件进行铣削试切，得到稳定切削状态下采集到的信号。稳定的标志为监测到的力信号峰谷值保持不变。步骤五、对采集到的加速度信号每隔一个刀具旋转周期提取一个峰值，将加速度传感器粘贴处作为长度零点，得到不同峰值所在的橫坐标位置，此时得到有限个不同位置峰值的散点。采用二次函数对散点拟合，得到加速度随距离变化的函数a＝f(l)，进而得到反算加速度系数A。式中，amax为散点拟合曲线中的最大值，f(l)为稳定切削下加速度峰值拟合函数。刀具旋转周期的定义为T：式中，S为主轴转速。步骤六、关闭测力台及功率放大器，对薄壁件进行铣削加工。加速度传感器粘贴位置保持不变，采集得到铣削过程中加速度随位置的信号a(l)，则任一加工位置处的加速度大小为：式中，a′为任意加工位置处的加速度，A为反算加速度系数，a(l)为采集的加速度信号，amax为散点拟合曲线中的最大值，f(l)为稳定切削下加速度峰值拟合函数。步骤七、完成整个薄壁件铣削过程，通过步骤六中的计算方法，得到所有加工位置的加速度大小，进而得到整个薄壁件加工过程的加速度场。通过对加速度场的分析，得到加工时的异常振动。本专利技术的有益效果是：该方法在薄壁件加工时仅使用一个加速度传感器，将其粘贴在薄壁件轴对称位置，利用监测得到的加速度信号通过反算算法得到任一加工位置处的加速度大小，从而构建整个薄壁件加工区域的加速度场，通过对加速度场数据分析，实现对加工时振动的表征。该方法使用的加速度传感器封装性较好，受切削液冲击影响小，利用加工时监测的加速度信号构建整个加工过程的加速度场以实现对加工振动的表征，同时模型考虑了工件各阶模态的影响，实用性好。具体的，1.本专利技术采用加速度传感器成本低，避免了高昂的生产费用，安装方便，且加速度传感器质量小，对工件的固有频率影响小，因此对加工时的颤振影响较小。同时加速度传感器受冷却液影响较小，监测性较强。2.本专利技术方法从监测得到的数据本身出发，对数据的特征进行分析，建立了反算加速度模型，其中包含了强迫振动、颤振、工件各阶模态的影响，准确度较高。3.本专利技术方法能够得到薄壁件加工过程中任一位置的加速度。通过构建加工时的加速度场，对整个加速度场进行时域分析，当加速度场中出现异常波动时，可以直接判断为此阶段发生了颤振，从而调整加工参数；当加速度场中数值变化不大，无明显波动时，可对加速度场数据进行频域和时频域分析，判断颤振的发生与否，从而及时调整加工工艺，避免因继续进行不稳定切削对工件表面质量产生影响。下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。附图说明图1是本专利技术基于单点监测加速度的薄壁件加工加速度场构建方法的流程图。图2是本专利技术方法中薄壁件铣削装置示意图。图3是本专利技术方法中薄壁件铣削加工示意图。图4是本专利技术方法中薄壁件第一行铣削加工加速度场分布图。图中，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单点监测加速度的薄壁件加工加速度场构建方法，其特征在于包括以下步骤：/n步骤一、将待加工薄壁件安装在测力台上，用夹具固定，其中，薄壁件满足宽厚比大于10；/n步骤二、将加速度传感器粘贴在薄壁件待加工面另一侧的轴对称位置，并将加速度传感器、测力台与数据采集器、功率放大器连接同时进行采集信号校准；连接完毕后，当薄壁件不受力时，采集到的力信号与加速度信号为两条直线；当用力捶敲击工件时，采集信号随敲击力进行波动，此时说明系统连接正常，则进行数据采集；否则重新检查传感器与数据采集器的连接状态，直至监测到信号为随力锤敲击不断变化为止；/n步骤三、通过模态敲击实验得到薄壁件和夹具的频率响应函数及固有频率；/n步骤四、对薄壁件进行铣削试切，得到稳定切削状态下采集到的信号；稳定的标志为监测到的力信号峰谷值保持不变；/n步骤五、对采集到的加速度信号每隔一个刀具旋转周期提取一个峰值，将加速度传感器粘贴处作为长度零点，得到不同峰值所在的橫坐标位置，此时得到有限个不同位置峰值的散点；采用二次函数对散点拟合，得到加速度随距离变化的函数a＝f(l)，进而得到反算加速度系数A；/n

【技术特征摘要】
1.一种基于单点监测加速度的薄壁件加工加速度场构建方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、将待加工薄壁件安装在测力台上，用夹具固定，其中，薄壁件满足宽厚比大于10；
步骤二、将加速度传感器粘贴在薄壁件待加工面另一侧的轴对称位置，并将加速度传感器、测力台与数据采集器、功率放大器连接同时进行采集信号校准；连接完毕后，当薄壁件不受力时，采集到的力信号与加速度信号为两条直线；当用力捶敲击工件时，采集信号随敲击力进行波动，此时说明系统连接正常，则进行数据采集；否则重新检查传感器与数据采集器的连接状态，直至监测到信号为随力锤敲击不断变化为止；
步骤三、通过模态敲击实验得到薄壁件和夹具的频率响应函数及固有频率；
步骤四、对薄壁件进行铣削试切，得到稳定切削状态下采集到的信号；稳定的标志为监测到的力信号峰谷值保持不变；
步骤五、对采集到的加速度信号每隔一个刀具旋转周期提取一个峰值，将加速度传感器粘贴处作为长度零点，得到不同峰值所在的橫坐标...

【专利技术属性】
技术研发人员：张定华，姚泽全，罗明，梅嘉炜，樊畅，郑志阳，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61