[发明专利]一种车削振动-车削变形-车削温度实时监测与分析系统

说明书

本发明涉及一种车削振动‑车削变形‑车削温度实时监测与分析系统，包括数控机床及工件系统、振动测试系统、变形测试系统和温度测试系统；所述数控机床及工件系统主要由试验机床、车削刀具和工件组成；所述振动测试系统主要由振动传感器、振动信号采集仪组成，用于采集与分析刀具的三向振动；所述变形测试系统主要由涡电流位移传感器、前置放大器、稳压电源、电压信号采集仪组成，用于实时采集与分析旋转工件自由端的动态弯曲变形；所述温度测试系统主要由红外测温仪、表面式温度计组成，用于实时采集刀具前刀面刀尖处的温度。本发明能在车削时同步采集位移、三向加速度及温度三种信号，对车削系统的状态进行实时监测，并分析三种信号特征的相关性及相互影响。

技术领域

本发明涉及一种车削振动-车削变形-车削温度实时监测与分析系统，特别是一种车削加工时同步获取刀具振动、工件变形及车削区域温度信号的测试与分析系统，属于机械加工技术领域。

背景技术

据了解，车削加工是机械加工的重要方式，是一种工件与车刀之间进行相对运动去除多余材料的过程。车削变形、车削热和车削振动是车削加工过程中的常见现象。车削过程中，旋转工件在车削力的作用下会产生弯曲变形；刀具与工件之间由于剪切和挤压的作用会产生大量的车削热，导致刀具和工件温度升高，车削热容易引起刀具磨损，在缩减刀具使用寿命的同时使工件的精度降低，车削温度升高还会在工件上产生残余应力，从而影响零件的使用性能；持续的车削力作用于刀具与工件组成的加工系统会引起加工系统发生振动，并与加工系统的固有振动叠加使得塑性变形区的位置、刀具前刀面与切屑的摩擦特性及刀具后刀面与工件的摩擦特性发生变化，相应的剪切热及摩擦热发生变化；当工件发生变形时，作用于加工系统的车削力、摩擦特性及剪切区的大小与位置也会随之发生变化，进而引发车削热及车削振动发生变化。由此可知，车削系统的热、力、变形、振动之间相互作用、相互影响。同时，车削振动、车削变形及车削温度对车削加工过程的影响不可忽视。目前，已有很多学者对车削过程进行了研究，但由于车削机理高度复杂，一般只局限于从理论或试验或数值模拟的角度来分析单独的应力场、温度场或振动位移的变化。尚未见有关于车削振动-车削变形-车削温度三者同步的实时测试与分析系统，同时也没有文献研究旋转工件车削变形、车削振动及车削热的相关性。因而，有必要设计车削振动-车削变形-车削温度实时监测系统与分析系统，在此基础上才能研究车削振动-车削变形-车削温度的特征，进而研究不同车削参数下、不同刀具状态下刀具车削振动、工件变形及刀具车削温度的变化规律，并分析三者的相互影响。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的不足，提出一种车削振动-车削变形-车削温度实时监测与分析系统，能在车削时同步采集位移、三向加速度及温度三种信号，对车削系统的状态进行实时监测，并分析三种信号特征的相关性及相互影响。

为了达到以上目的，本发明的技术方案如下：一种车削振动-车削变形-车削温度实时监测与分析系统，包括数控机床及工件系统、振动测试系统、变形测试系统和温度测试系统；所述数控机床及工件系统主要由试验机床、车削刀具和工件组成；所述振动测试系统主要由振动传感器、振动信号采集仪组成，用于采集与分析刀具的三向振动；所述变形测试系统主要由涡电流位移传感器、稳压电源、电压信号采集仪组成，用于实时采集与分析旋转工件自由端的动态弯曲变形；所述温度测试系统主要由红外测温仪、表面式温度计组成，用于实时采集刀具前刀面刀尖处的温度。

本发明的系统可以同时测量并绘制不同车削参数下刀具车削三向振动时域与频域特征曲线、旋转工件的变形特征曲线及最大变形、不同车削参数下刀具温度特性曲线；可以实时监测评估车削系统安全状态；可以建立车削温升、车削振动、车削工件变形、车削参数之间的相关性模型，分析相同车削参数下车削振动、车削温度、车削变形的相互影响规律；可以监测不同磨损状态的刀具其车削振动、车削变形及车削温度，以便于及时更换刀具。此外，本发明的系统中使用的非接触式红外测温仪及涡电流位移传感器可以有效避免车削过程中刀具与旋转工件相对移动发生导线缠绕造成的安全隐患。

本发明进一步优化的技术方案如下：