CN107414599A - 车削刀具弯曲形变检测方法及系统 - Google Patents

车削刀具弯曲形变检测方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种车削刀具弯曲形变检测方法及系统，本车削刀具弯曲形变检测方法包括：步骤S1，构建三次样条插值函数；以及步骤S2，用此三次样条函数获得车刀在加工中的弯曲变形状态；本发明的车削刀具弯曲形变检测方法及系统将采集的数据构建为三次样条函数，与实际刀具弯曲更符合，测量精度更高；并且使用变极距电容传感器组成检测电路，具有检测精度高，成本低的优点。

Description

车削刀具弯曲形变检测方法及系统
技术领域
本发明涉及一种车削刀具弯曲形变检测方法及系统。
背景技术
车削刀具的应用十分广泛，在车削加工中车刀由于受到主切削力的作用而产生形变会影响加工工件的形状精度和尺寸误差，如图1(a)和图1(b)所示，尤其在精密加工中影响更大，因此测量车削刀具的形变十分必要。在车削加工中因受到安装条件的限制，其弯曲形变曲线不易测量，当前还没有较好的方法能较精确的检测刀柄的弯曲曲线。
发明内容
本发明的目的是提供一种车削刀具弯曲形变检测方法及系统，以对使用中的刀具的弯曲形变进行检测。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种车削刀具弯曲形变的检测方法，包括如下步骤：
步骤S1，构建三次样条插值函数；以及步骤S2，用此三次样条函数获得车刀在加工中的弯曲变形状态。
进一步，所述步骤S1中构建三次样条插值函数的方法包括：
通过三个变极距型电容传感器分别采集刀柄上三个固定点在主切削力作用下的径向应变，以此为采样数据构建三次样条插值函数。
进一步，通过三个变极距型电容传感器分别采集刀柄上三个固定点在主切削力作用下的径向应变，以此为采样数据构建三次样条插值函数的方法包括：
根据三个固定点和刀柄表面为坐标轴建立坐标系，由三个固定点获得三次样条曲线；
设定三个固定点的采样值，且从坐标原点位x0依次向外分别为x1,x2,x3,三个固定点在坐标系中的y方向的位移量yi，且i＝0,1,2,3，即为各固定点的形变值；
利用分段三次埃尔米特插值，即
假定S'(xi)＝mi,，则
上式中，αi(x)是关于三次样条插值函数的节点插值函数：
βi(x)是关于三次样条插值函数的弯矩插值函数：
mi表示在各固定点的截面处的弯矩。
又一方面，本发明还提供了一种车削刀具弯曲形变的检测系统，其特征在于，包括：
三次样条插值函数，且通过三次样条插值函数获得车刀在加工中的弯曲变形状态。
进一步，所述三次样条插值函数适于通过三个变极距型电容传感器分别采集刀柄上三个固定点在主切削力作用下的径向应变，以此为采样数据构建三次样条插值函数。
进一步，通过三个变极距型电容传感器分别采集刀柄上三个固定点在主切削力作用下的径向应变，以此为采样数据构建三次样条插值函数的方法包括：
根据三个固定点和刀柄表面为坐标轴建立坐标系，由三个固定点获得三次样条曲线；
设定三个固定点的采样值，且从坐标原点位x0依次向外分别为x1,x2,x3,三个固定点在坐标系中的y方向的位移量yi，且i＝0,1,2,3，即为各固定点的形变值；
利用分段三次埃尔米特插值，即
假定S'(xi)＝mi,，则
上式中，αi(x)是关于三次样条插值函数的节点插值函数：
βi(x)是关于三次样条插值函数的弯矩插值函数：
mi表示在各固定点的截面处的弯矩。
本发明的有益效果是，本发明的车削刀具弯曲形变检测方法及系统将采集的数据构建为三次样条函数，与实际刀具弯曲更符合，测量精度更高；并且使用变极距电容传感器组成检测电路，具有检测精度高，成本低的优点。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1(a)是理想状态时的刀具使用示意图；
图1(b)是实际状态时的刀具使用示意图；
图2是本发明的车削刀具弯曲形变的检测方法的检测示意图；
图3是本发明的车刀工作实际弯曲形变图。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
本发明是以变极距型电容传感器为载体，用变极距的方式检测电容变化得到刀柄固定点在主切削力作用下的径向应变，以此为采样数据构建三次样条插值函数，用此三次样条函数描述车刀加工中的弯曲形变状态曲线，根据状态曲线可以得到刀具相关位置与理想位置的偏差；进而为精密车削加工中的刀具误差补偿提供刀具形变相关数据，以进一步提高加工精度，并且还可以为精密车削刀具的生产制造和结构改进提供理论依据。
实施例1
如图2和图3所示，本实施例1提供了一种车削刀具弯曲形变的检测方法，包括如下步骤：步骤S1，构建三次样条插值函数；以及步骤S2，用此三次样条函数获得车刀在加工中的弯曲变形状态。
具体的，所述步骤S1中构建三次样条插值函数的方法包括：
通过三个变极距型电容传感器分别采集刀柄上三个固定点在主切削力作用下的径向应变，以此为采样数据构建三次样条插值函数。
进一步，通过三个变极距型电容传感器分别采集刀柄上三个固定点在主切削力作用下的径向应变，以此为采样数据构建三次样条插值函数的方法包括：根据三个固定点和刀柄表面为坐标轴建立坐标系，由三个固定点获得三次样条曲线；
设定三个固定点的采样值，且从坐标原点位x0依次向外分别为x1,x2,x3,三个固定点在坐标系中的y方向的位移量yi，且i＝0,1,2,3，即为各固定点的形变值；
利用分段三次埃尔米特插值，即
假定S'(xi)＝mi,，则
上式中，αi(x)是关于三次样条插值函数的节点插值函数：
βi(x)是关于三次样条插值函数的弯矩插值函数：
mi表示在各固定点的截面处的弯矩。
实施例2
在实施例1基础上，本实施例2还提供了一种车削刀具弯曲形变的检测系统，包括：
三次样条插值函数，且通过三次样条插值函数获得车刀在加工中的弯曲变形状态。
所述三次样条插值函数适于通过三个变极距型电容传感器分别采集刀柄上三个固定点在主切削力作用下的径向应变，以此为采样数据构建三次样条插值函数。
其中，变极距型电容传感器适于采用米依电容传感器(capa)，具体的，将米依电容传感器安装在刀柄表面，刀具的弯曲变形会引起电容值的变化，如图2所示，将电容值转换为能够检测的电压信号即可判断当前点的微小位移。米依传感器最小检测能力为0.1微米，正常刀具形变范围约20--100微米，完全满足要求。
进一步，通过三个变极距型电容传感器分别采集刀柄上三个固定点在主切削力作用下的径向应变，以此为采样数据构建三次样条插值函数的方法包括：
根据三个固定点和刀柄表面为坐标轴建立坐标系，由三个固定点获得三次样条曲线；
设定三个固定点的采样值，且从坐标原点位x0依次向外分别为x1,x2,x3,三个固定点在坐标系中的y方向的位移量yi，且i＝0,1,2,3，即为各固定点的形变值；
利用分段三次埃尔米特插值，即
假定S'(xi)＝mi,，则
上式中，αi(x)是关于三次样条插值函数的节点插值函数：
βi(x)是关于三次样条插值函数的弯矩插值函数：
mi表示在各固定点的截面处的弯矩。
在实施例1和实施例2基础上，在车刀具体工作时，变极距型电容传感器通过测量电路将电容变化量转换为坐标系Y方向实际偏差值，即位移量yi，也称为刀具在受力时在坐标系Y方向与未受力时的偏差值。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种车削刀具弯曲形变的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1，构建三次样条插值函数；以及
步骤S2，用此三次样条函数获得车刀在加工中的弯曲变形状态。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，
所述步骤S1中构建三次样条插值函数的方法包括：
通过三个变极距型电容传感器分别采集刀柄上三个固定点在主切削力作用下的径向应变，以此为采样数据构建三次样条插值函数。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，
通过三个变极距型电容传感器分别采集刀柄上三个固定点在主切削力作用下的径向应变，以此为采样数据构建三次样条插值函数的方法包括：
根据三个固定点和刀柄表面为坐标轴建立坐标系，由三个固定点获得三次样条曲线；
设定三个固定点的采样值，且从坐标原点位x0依次向外分别为x1,x2,x3,三个固定点在坐标系中的y方向的位移量yi，且i＝0,1,2,3，即为各固定点的形变值；
利用分段三次埃尔米特插值，即
假定S'(xi)＝mi,，则
上式中，αi(x)是关于三次样条插值函数的节点插值函数：
<mrow> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <mfrac> <mrow> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mn>3</mn> <mo>;</mo> </mrow>
βi(x)是关于三次样条插值函数的弯矩插值函数：
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mi表示在各固定点的截面处的弯矩。
4.一种车削刀具弯曲形变的检测系统，其特征在于，包括：
三次样条插值函数，且通过三次样条插值函数获得车刀在加工中的弯曲变形状态。
5.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于，
所述三次样条插值函数适于通过三个变极距型电容传感器分别采集刀柄上三个固定点在主切削力作用下的径向应变，以此为采样数据构建三次样条插值函数。
6.根据权利要求5所述的检测系统，其特征在于，
通过三个变极距型电容传感器分别采集刀柄上三个固定点在主切削力作用下的径向应变，以此为采样数据构建三次样条插值函数的方法包括：
根据三个固定点和刀柄表面为坐标轴建立坐标系，由三个固定点获得三次样条曲线；
设定三个固定点的采样值，且从坐标原点位x0依次向外分别为x1,x2,x3,三个固定点在坐标系中的y方向的位移量yi，且i＝0,1,2,3，即为各固定点的形变值；
利用分段三次埃尔米特插值，即
假定S'(xi)＝mi,，则
上式中，αi(x)是关于三次样条插值函数的节点插值函数：
<mrow> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mn>2</mn> <mfrac> <mrow> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mfrac> <mrow> <mi>x</mi> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> <mrow> <msub> <mi>x</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>x</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mrow> </mfrac> <mo>)</mo> </mrow> <mn>2</mn> </msup> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mn>1</mn> <mo>,</mo> <mn>2</mn> <mo>,</mo> <mn>3</mn> <mo>;</mo> </mrow>
βi(x)是关于三次样条插值函数的弯矩插值函数：
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mi表示在各固定点的截面处的弯矩。
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