[发明专利]一种以激光微位移传感器为测量元件的微铣削振动精密测量系统

说明书

技术领域

本发明属于机床振动在线测量领域，特别涉及一种以激光微位移传感器为测量元件的微铣削振动精密测量系统。

技术背景

微铣削主要用于微型精密零部件的加工，所加工的零部件尺寸一般介于100μm到10mm之间，特征尺寸一般为10μm～1mm，所加工的零部件具有精度要求高、结构复杂等特点，零部件质量和精度受微铣削加工过程的振动现象影响明显。微铣削加工所用微铣刀直径通常在1mm以下，刚度低、易磨损、易折断，微铣削加工中的振动现象会加速刀具磨损，严重时甚至造成刀具折断，导致加工成本过高，制约微铣削加工技术的应用。微铣削加工过程中机床、刀具及工件都存在振动现象，其中刀具和工件之间的相对振动直接影响加工质量及刀具寿命。当满足一定条件时，稳态的切削振动甚至会发展成切削颤振，从而引发整个微铣削系统的崩溃。因此，微铣削加工过程中的振动抑制非常重要。而要抑制微铣削加工过程中的振动，首先必须实现微铣削加工过程中刀具、工件相对振动的在线精密测量。微铣削加工时刀具高速旋转且伴随进给运动，振动信号采集十分困难。目前尚没有适用于微铣削加工过程刀具与工件相对振动测量的方法和装置。

李红涛等人在文献《介观尺度微型铣床动力学性能试验》中利用安装于工作台工装面上的三维加速度传感器测量机床振动信号，进而研究微铣床的振动特性，并通过增加阻尼、提高机床支撑部件刚度等方法来抑制振动，并取得了一定成效。文献未能获得刀具和工件间相对振动数据，采用的加速度传感器仅能获取机床工作台振动情况，试验存在一定局限性。

Brock A.Mascardelli等人在文献《Substructure Coupling of Microend Mills to Aid in the Suppression of Chatter》中采用激光微位移传感器测量微型铣床振动。实验中激光微位移传感器固定在机床主轴上，激光测量点落在刀具的刀柄上，测得的是刀具和主轴之间的振动情况，且实验中只能实现一个方向上的振动测量。

微铣削振动精密测量是实现微铣削振动抑制的前提和基础，目前国内外微铣削振动测量系统只能测量机床的某个部件或结构，不能较为准确的测量刀具和工件间相对振动，或者只能实现某一个固定方向上的测量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对微铣削加工现有振动测量系统不足，提供了一种以激光微位移传感器为测量元件，配合具有多自由度调节能力的激光位移传感器支架实现微铣削刀具和工件相对振动测量。

本发明采用的技术方案是：

一种微铣削振动精密测量系统，包括激光微位移传感器、多自由度调节激光位移传感器支架、激光位移控制器、数据采集卡和具有PXI多功能控制器的计算机。

具有多自由度调节激光位移传感器支架安装在微铣床工作台上，激光微位移传感器设置在与多自由度调节激光位移传感器支架上；激光微位移传感器在多自由度调节激光位移传感器支架上的位置可以调节，可测量X、Y、Z任一方向振动情况。激光微位移传感器和激光位移控制器相连，激光位移控制器和数据采集卡相连，数据采集卡安装在计算机内部。

通过多自由度调节激光位移传感器支架调节激光微位移传感器位置使激光传感器输出的光斑落在电主轴夹具上，调节激光微位移传感器与电主轴夹具在Z方向的距离，使激光微位移传感器能准确、稳定输出位移信号。激光微位移传感器采集刀具和工件之间相对振动信号，由激光微位移传感器控制器转为电信号，由数据采集卡转换为数字量送到计算机，计算机将数字量转化为位移信号，通过绘制位移时域及频域曲线，获得振动情况。

本发明的测量系统以激光微位移传感器为测量元件，配合具有多自由度调节能力的激光位移传感器支架获取微铣削刀具和工件间相对位移信号，位移信号经数据采集卡转换成数字量，并由计算机分析处理，得到刀具和工件间相对振动情况，解决微铣削加工中刀具和工件间相对振动测量的难题。本发明所述的微铣削振动精密测量系统具有测量精度高，设备移植性强，测量范围广，操作简单等特点，具有实际应用价值。

附图说明

图1是系统示意图。

图2是微铣削振动频域曲线。

图中：1微铣床工作台，2机床电主轴夹具，3刀具，4工件，

5激光微位移传感器，6多自由度调节激光位移传感器支架，

7激光位移控制器，8数据采集卡，9具有PXI多功能控制器的计算机，

10计算机显示器。

具体实施方式