[发明专利]两齿螺旋立铣刀刀齿半径不对称误差检测系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于两齿螺旋铣刀精度检测领域，具体涉及一种两齿螺旋立铣刀刀齿半径不对称误差识别方法的研究。

背景技术

铣削加工是一种常用的金属切削加工方式，铣刀的几何精度对工件加工精度和加工质量具有直接的影响，其中铣刀刀齿半径误差是影响工件加工精度和加工质量的主要原因之一，目前工业中主要通过测量铣刀直径间接估计铣刀刀齿半径尺寸，这种检测方法没有考虑铣刀中心线偏向的问题，即在铣刀直径达到技术要求的前提下，由于制造过程中铣刀旋转中心的偏心（实际加工中不可避免）造成铣刀出现长、短齿。同时，铣刀刀齿不对称会造成刀具在一个旋转周期内铣削力大小不同，造成铣削过程不平稳，易产生颤振。

发明内容

基于上述现有技术存在的缺陷，本发明目的在于提供一种两齿螺旋立铣刀刀齿半径不对称误差检测系统及其方法，该发明主要通过构建名义铣削力，根据长、短齿名义铣削力构建解析铣削力系数，根据解析铣削力系数的特点建立两刃螺旋立铣刀刀齿半径误差方程，进而获得准确的刀齿半径误差值，该发明可准确、快速、方便实现刀齿半径误差的识别，同时，对于刀齿半径对称而机床主轴旋转半径不对称的情况，也可通过本发明获得机床主轴旋转半径的跳动度。

本发明技术方案为：

一种两齿螺旋立铣刀刀齿半径不对称误差检测系统，其特征在于，整个检测系统主要涉及铣削力测试系统设计和薄壁结构设计两部分，其中铣削力测试系统主要由两刃螺旋平底立铣刀1、薄壁工件2、Kistler三向铣削力测力仪3、高阻抗数据传输线4、电荷放大器5、数据采集卡6和计算机7组成，所述计算机7为对信号进行存储、预处理与数据分析。铣刀1对薄壁工件2进行侧面立式铣削，Kistler测力仪3将刀具与工件间的作用力转变成电荷信号，信号经高阻抗数据传输线4送达电荷放大器5，电荷放大器5将电荷信号转换为电压信号，数据采集卡6对电压信号进行采集，并将数据保存到计算机7中。所述Kistler测力仪3为通过压电效应将铣削时产生的铣削力转换为电荷信号。所述高阻抗数据传输线4为将电荷信号进行传输，测力仪3获得的电荷量较小，且容易泄露，高阻抗数据传输线能将小电荷量电荷进行安全传输。所述电荷放大器5为对电荷进行放大并转换成电压信号，测力仪输出的电荷信号较微弱，为便于采集，需要电荷放大器5对电荷进行放大并转换为电压信号。所述数据采集卡6为将放大的电信号进行采集量化。所述计算机包括存储模块、信号预处理模块和数据分析模块。数据采集卡6采集的信号分别通过计算机的信号预处理模块、数据分析模块对信号进行处理和分析，从而输出获得铣刀半径不对称误差值。薄壁工件2主要有定位孔9、安装底座10以及悬臂结构11构成。所述定位孔9为将工件定位在Kistler测力仪3上表面，确定薄壁件的正确位置。所述定安装底座10为将工件固定在工作台上，并对其进行夹紧。所述薄壁悬臂结构11为铣削加工部位，铣削此部位获得铣削力。

一种两齿螺旋立铣刀刀齿半径不对称误差检测方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1，实验平台的构建

搭建好铣削力测试系统和设计好薄壁结构；

步骤2，铣削力信号的去噪处理

采用异常值剔除及小波包分解去噪方法对铣削力信号进行预处理，

2.1采用Chauvenet和Gubbs公式对异常数据进行剔除，其表达式为：

|x_i-μ_X|>cσ    (1)

其中x_i为第i次的采集值，μ_X为样本的平均值，σ为样本的方差，c为调整参数。

2.2采用Sqtwolog规则确定滤波阈值，数据处理过程如下：

（1）信号的小波包分解：选择小波基对铣削力信号进行N层小波包分解；

（2）小波包分解高频系数的阈值量化：对各个分解尺度下的高频系数确定阈值并进行阈值化处理；

（3）小波包重构：根据第N层小波包分解低频系数和量化处理系数进行小波重构；

（4）静态零点漂移剔除：整个测量系统存在静态零漂，对小波包阈值去噪后的信号进行零漂剔除处理；

步骤3，名义铣削力的构建

铣刀刀齿半径不对称误差造成长、短齿铣削力信号不同，为获得精确的解析铣削力系数，需要构建名义铣削力，即单个齿的铣削力构造铣削力；

步骤4，铣刀刀齿半径不对称公式构建

根据名义铣削力可获得对应的名义铣削力系数，计算公式如式（2）-（5）所示。