[发明专利]外圆磨削颤振识别与尾架顶尖力在线监控测量装置及方法

说明书

本发明涉及一种外圆磨削颤振识别与尾架顶尖力在线监控测量装置及方法，该装置包括经过截断处理的磨床尾架顶尖、三向力传感器、声发射传感器、三向振动传感器、功率传感器，信号放大器、AD采集卡和计算机；该方法采用小波包熵、经验模态分解对传感器信号进行特征分析，利用支持向量机的颤振识别分类模型，实现磨床尾架顶尖力在线监控磨削颤振，以及对磨床尾架顶尖力在实际加工过程中的在线监控，并建立尾架顶尖力和磨削颤振现象的关系，减少振动避免磨削颤振现象，达到提高机床加工的产品质量的效果。

技术领域

本发明涉及一种外圆磨削监控装置及方法，尤其是一种外圆磨削颤振识别与尾架顶尖力在线监控测量装置及方法。

背景技术

磨床的尾架是磨床的重要部件之一，磨床在磨削工件时，磨床尾架配合磨床头架对工件起到支承和定心的作用，如图1所示。磨削是机床加工中对精度要求最高的一道工序，然而颤振是磨削过程中影响加工质量的关键因素，工件形位误差、尺寸误差、表面粗糙度和波纹度等指标的恶化都可能是颤振导致的。在实际磨削加工中，由于外界因素导致的机床加工的强迫振动和机床内部加工因素发生的自激振动都会引起磨削颤振的发生，磨床尾架顶尖力的大小也是诱发机床自激振动引发颤振的主要因素之一，故提高磨床尾架的抗颤振特性的特性是提升当前机床高质量、高效率、高精密性重要举措之一，因此需要准确对磨床尾架顶尖力在实际磨削加工过程中的颤振进行在线识别，来分析磨床尾架的抗颤振特性，选取适当的尾架顶尖力从而减少机床加工自激振动，提高产品质量，延长机床使用寿命。基于以上原因，提出一种基于三向力传感器、振动传感器、功率传感器、声发射传感器的磨床尾架顶尖力在线监控磨削颤振测试装置及研究方法，对磨床尾架在实际加工过程中的顶尖力大小进行在线监控，减少振动避免颤振现象，提高机床加工的产品质量。

发明内容

本发明提出一种基于力传感器、三向振动传感器、功率传感器、声发射传感器的外圆磨削颤振识别与尾架顶尖力在线监控测量装置及方法，实现对磨床尾架顶尖力在实际加工过程中的在线监控，以便分析磨削颤振现象和尾架顶尖力的关系，减少振动避免磨削颤振现象，达到提高机床加工的产品质量的效果。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种外圆磨削颤振识别与尾架顶尖力在线监控测量装置，包括：经过截断处理的磨床尾架顶尖、三向力传感器、声发射传感器、三向振动传感器、功率传感器，信号放大器、AD采集卡和计算机，所述三向力传感器与顶尖通过螺纹孔连接起来，用于获取磨削加工过程中顶尖X和Y方向的受力情况；所述声发射传感器用磁性表座固定在磨床顶尖上，用于采集各种加工工况下的声发射信号；所述三向振动传感器灵敏度通过传感器底部的磁性表座固定在磨床顶尖上，用于采集磨床尾架顶尖处X,Y,Z三个方向的振动信号；所述功率传感器连接在机床电箱输入砂轮主轴电机上的三向电压、电流处，用于采集监测各种工况下的功率信号，所述三向力传感器、声发射传感器、三向振动传感器、功率传感器分别将采集的测量磨削过程中的态信号通过信号线依次经过信号放大器、AD采集卡传输到计算机上。

进一步，所述声发射传感器灵敏度为1dB。

进一步，所述三向振动传感器灵敏度为100mv/mm/s。

进一步，所述功率传感器量程为67.5Kw，信号输出为0-10v。

一种外圆磨削颤振识别与尾架顶尖力在线监控方法，采用在线监控测量装置，该方法采用小波包熵、经验模态分解对传感器信号进行特征分析，利用支持向量机的颤振识别分类模型，实现磨床尾架顶尖力在线监控磨削颤振，以及对磨床尾架顶尖力在实际加工过程中的在线监控，并建立尾架顶尖力和磨削颤振现象的关系，减少振动避免磨削颤振现象。

进一步，所述小波包熵、经验模态分解之前先进行顶尖力大小选取范围设定。

进一步，所述小波包熵作为磨削颤振的识别方法，首先对声发射信号进行小波包分解求出分解层的能量分布：

第L层第J频带的小波包系数定义为：