基于理想气体状态方程的切削负压检测方法技术

本发明专利技术公开了基于理想气体状态方程的切削负压检测方法。现在还没有特别适用于检测切削时刀口负压的测量方法。本发明专利技术经过出厂前效验后，在切削刀具的前刀面中间位置开设通孔，并将倾斜细管伸出测量工作室外的一端与通孔尾端通过导管连通，便能在切削过程中利用摄像机读取倾斜细管上的刻度，从而识别空气柱的长度值变化，进一步得到倾斜细管中液体两端的压强差，最终计算出切削时刀口的负压。因此，本发明专利技术解决了跟随刀具运动来测量切削时刀口产生负压的难题，且制造难度较小，原理简单，成本较低，大大减小了配置，但检测精度却很高，还具备快速测量、抗干扰能力强、可靠性高的特点。可靠性高的特点。可靠性高的特点。

【技术实现步骤摘要】
基于理想气体状态方程的切削负压检测方法


[0001]本专利技术涉及切削时刀口负压的检测，特别涉及一种在线测量的基于理想气体状态方程的切削负压检测方法。

技术介绍

[0002]切削产生的压强承载并传递着机械设备运转过程中的多种信息，监测并提取切削过程中的有用信息，能帮助人们更好地掌握设备运行状态，及时进行改进、维护，对产品保持和提高产品质量起到基础保障和推动作用。而研究切削时刀口产生的负压对切削效益的影响具有重要现实意义。目前市场上的负压测量仪器，小型的精确度不够，大型的在测量上有较高的准确度和精密度、灵敏度，但是大多大型精密仪器不仅价格昂贵，还需要长期投入大量的保养费，这类仪器还需要熟练的、技术水平较高的技术人员才能操作，给企业带来了巨大的经济负担。而且，测量切削时刀口产生的负压需要负压测量仪器的测头跟随刀具运动，现有的负压测量仪器还难以做到跟随刀具运动；当然，可以采用高精度的跟随机械手夹持负压测量仪器的测头来跟随，但切削加工过程中就需要时刻占用机械手，不仅使用成本高，还容易导致刀具碰撞昂贵的机械手，造成重大的经济损失，因此，采用高精度的跟随机本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于理想气体状态方程的切削负压检测方法，其特征在于：该方法具体步骤如下：步骤一：在测量工作室中固定风扇、加热器和温度传感器，将温度传感器的信号输出端、风扇和加热器均与控制器一连接；然后，将倾斜细管倾斜固定在测量工作室中，将倾斜细管的一端由塞子封闭，另一端开放且伸出测量工作室外；所述的倾斜细管采用透明材质，包括一体成型且平行设置的多个直管段和连接各相邻直管段的弯管段；所述倾斜细管的直管段上设有长度值刻度；接着，将测量工作室的底部一侧与机架铰接，底部另一侧与电动缸的推杆铰接；将电动缸的缸体与机架铰接，电动缸与控制器二连接；再接着，将三维运动平台固定在机架上，三维运动平台与控制器二连接；测量台固定在三维运动平台上；最后，将摄像机固定在测量台上，摄像机的信号输出端和控制器二均与上位机连接；步骤二：在校验刀具的前刀面中间位置开设通孔，将校验刀具装配到机床上，将倾斜细管伸出测量工作室外的一端与通孔尾端通过导管连通；然后，用注射泵经塞子向倾斜细管内注入液体，注入液体后液体与塞子之间的空气柱初始压强P0为一个标准大气压；接着，将测量工作室密闭，控制器二控制电动缸驱动测量工作室达到倾角α，α在30～60
°
范围内取值，上位机经控制器二驱动三维运动平台，使得摄像机对准液体与空气柱接触的分界面；最后，通过控制器一设置测量工作室内的温度，并开启温度传感器，待测量工作室内的温度均保持稳定值时，开启摄像机记录液体与塞子之间的空气柱图像并传给控制器二算出空气柱长度初始值δX1；步骤三：启动机床，使校验刀具对校验工件进行切削工作，摄像机记录液体与塞子之间的空气柱图像并传给控制器二算出空气柱长度，设切削过程中某一时刻液体与塞子之间的空气柱长度为δX2，则该时刻液体与塞子之间的空气柱长度变化量δX计算如下：δX＝δX2‑
δX1；该时刻液体与塞子之间的空气柱长度变化量在竖直方向上的投影为：ΔL＝δXsinα；该时刻负压Δp的计算式如下：Δp＝P0+2ρgΔL
‑
P0L0/(L0+ΔL)
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(1)其中，L0为液体与塞子之间的空气柱长度初始值δX1在竖直方向上的投影，ρ为液体的密度，g为重力加速度；将ΔL视为应变量，L0视为自变量，对负压的计算式进行变形，得到关于ΔL的一元二次方程：2ρgΔL2+(P0‑
Δp+2ρg L0)ΔL
‑
ΔpL0＝0令Δ＝(P0‑
Δp+2ρg L0)2+8ρgΔpL0＝0，求解关于ΔL的一元二次方程，得到关于ΔL的一元二次方程的两根：一元二次方程的两根：在上位机上绘制ΔL2随L0变化的图像，找出使ΔL2最大所对应的L0；步骤四：若步骤三中使ΔL2最大所对应的L0与δX1在竖直方向上的投影差值小于预设值，则直接执行步骤六，否则用步骤三中使ΔL2最大所对应的L0更新计算δX1，并停止切削，打开测量工作室，用注射泵经塞子改变倾斜细管内液体与塞子之间的空气柱长度，使倾斜
细管内液体与塞子之间的空气柱长度达到更新后的δX1，然后，将测量工作室密闭，上位机经控制器二驱动三维运动平台，使得摄像机对准液体与空气柱接触的分界面；待测量工作室内的温度达到步骤二设置的温度值时，通过摄像机记录液体与塞子之间的空气柱图像并传给控制器二算出空气柱长度初始值δX1，接着，执行步骤五；步骤五：重复步骤三和步骤四，直到步骤四判别出步骤三中使ΔL2最大所对应的L0与δX1在竖直方向上的投影差值小于预设值；步骤六：停止切削，打开测量工作室，将倾斜细管倾斜从测量工作室中拆卸下来，拔下塞子，将倾斜细管中的液体更换成其它密度的液体后再塞上塞子将倾斜细管倾斜重新固定在测量工作室中；其中，液体更换前后保证体积不变；然后，将测量工作室密闭，待测量工作室内的温度达到步骤二设置的温度值时，使校验刀具对校验工件切削预设时间，摄像机记录各时刻液体与塞子之间的空气柱图像，同时，用负压传感器测量切削过程中各时刻刀口产生的负压并传给上位机记录到向量一中；达到预设时间后，控制器二提取对应时间段内摄像机记录的各时刻空气柱图像，算出对应时间段内各时刻的空气柱长度，通过公式(1)计算得到各时刻的负压Δp，并将各时刻的负压Δp记录到向量二中传给上位机；最后，上位机求向量一与向量二做差得到的误差向量的膜，并将误差向量的膜与对应的液体一并进行存储；步骤七：至少选用三种不同密度的液体重复步骤六，选出膜值最小所对应的液体；然后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：何利华，袁选成，潘建峰，钱仁寅，何琪，潘雷彬，倪敬，
申请(专利权)人：杭州职业技术学院，
类型：发明
国别省市：