CN111390271A - 一种拉削力测量装置及测量数据处理方法 - Google Patents

一种拉削力测量装置及测量数据处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111390271A
CN111390271A CN202010135803.3A CN202010135803A CN111390271A CN 111390271 A CN111390271 A CN 111390271A CN 202010135803 A CN202010135803 A CN 202010135803A CN 111390271 A CN111390271 A CN 111390271A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
frequency coefficient
broaching
force
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010135803.3A
Other languages
English (en)
Inventor
应申舜
傅晨泰
易凯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University of Technology ZJUT
Original Assignee
Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University of Technology ZJUT filed Critical Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority to CN202010135803.3A priority Critical patent/CN111390271A/zh
Publication of CN111390271A publication Critical patent/CN111390271A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0966—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining by measuring a force on parts of the machine other than a motor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D—PLANING; SLOTTING; SHEARING; BROACHING; SAWING; FILING; SCRAPING; LIKE OPERATIONS FOR WORKING METAL BY REMOVING MATERIAL, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23D39/00—Accessories for broaching machines or broaching devices
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2218/00—Aspects of pattern recognition specially adapted for signal processing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

一种拉削力测量装置及测量数据处理方法，属于力学测量及数据处理技术领域。它包括床身、工作台和提刀机构；其特征在于所述工作台的上方设有测力支座，工作台和测力支座之间通过若干根连接柱相连接，其中，至少有一根连接柱的外圆柱面上安装有应变片传感器。本发明采用的测量装置结构简单、安装便捷、刚性好；本发明采用的数据处理方法通过小波变换将低频系数分解成两部分，获得一个新的低频系数信号和一个高频系数信号，然后将新的低频系数信号继续分解成两部分而高频系数信号不会被再分解，并对分解得到的最后的低频系数信号进行重构，最后得到主拉削力，实现了对拉削力数据的实时测量和处理、以及主拉削力数值信号的提取。

Description

一种拉削力测量装置及测量数据处理方法
技术领域
本发明属于力学测量及数据处理技术领域，具体涉及一种拉削力测量装置及测量数据处理方法。
背景技术
拉削是一种广泛应用于复杂内外型材零件制造的工艺，能实现高表面完整性和几何精度加工要求；拉刀可以在一次加工中完成粗加工，半精加工和精加工等操作，加工生产率高，加工表面精度高，被广泛应用于航空航天等领域。对于航空工业来说，通常会遇到一些难加工材料，如Inconel718、Rene104和IN100PM；在加工过程中，它们会引起较高的加工温度和拉削力。
拉削力是拉削加工过程中的重要物理现象，它的大小直接影响着加工表面质量、刀具磨损、工件变形、尺寸精度和加工系统的稳定性等；为了达到高生产率和准确性，需要监测和抑制诸如自激颤振、因不平衡、超载、碰撞和刀具破损或刀具过度磨损等过程扰动；拉削力的测量是监控、故障排除或控制加工操作所需的关键信息，对衡量拉削加工状态、提高加工精度至关重要。
由于拉刀每齿不同的材料移除率，拉削力信号是典型的非平稳多分量信号；拉削过程中，同时参与拉削的刀齿数目和齿升量是变化的，所形成的拉削力由静态力和动态力两部分组成；其中静态力分量对应恒定的主拉削力，动态力分量对应于刀齿进出工件的动态拉削力；这些问题使得直接测得的拉削力数据往往存在误差，也不便于拉削过程中主拉削力的分析，因此，有必要发明一种拉削力测量和数据处理方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、刚性好、安装便捷的拉削力测试装置，以及能够进行实时测量和数据处理，并提取主拉削力数值信号的数据处理方法。
本发明提供如下技术方案：一种拉削力测量装置，包括床身、工作台和提刀机构；所述工作台和提刀机构固定安装在床身的一侧，提刀机构位于工作台的上方，提刀机构的下部固定安装有拉刀；
其特征在于所述工作台的上方设有测力支座，测力支座的上部放置有待加工工件，所述工作台和测力支座之间通过若干根连接柱相连接，其中，至少有一根连接柱的外圆柱面上安装有应变片传感器，所述应变片传感器连接有网关，所述网关连接有服务器，网关根据应变片传感器的信号记录拉削力的变化，将信号推送到服务器上并展示实时数据，所述服务器对数据进行小波变换分解，并对分解得到的最后的低频系数信号进行重构，最后得到主拉削力。
所述的一种拉削力测量装置，其特征在于所述若干根连接柱以拉刀的中心线为中心呈均匀圆周排列。
所述的一种拉削力测量装置，其特征在于所述测力支座和工作台上均开设有供拉刀穿过的通孔。
所述的一种拉削力测量装置，其特征在于所述连接柱的下部与工作台通过螺纹紧固连接，所述测力支座固定安装在连接柱的上端。
一种拉削力测量数据处理方法，其特征在于包括以下步骤:
步骤一、信号分解:将低频系数信号分解成两部分，分开后获得一个新的低频系数信号和一个高频系数信号，在两个连续的低频系数信号中间丢失的信息被高频系数信号获得；
步骤二、将新的低频系数信号继续分解成两部分而高频系数信号不会被再分解；
步骤三、对分解得到的最后的低频系数信号进行重构，得到主拉削力。
所述的一种拉削力测量数据处理方法，其特征在于所述步骤一中，数值计算采用离散形式，即离散小波变换(DWT)，DWT通过离散化CWT中的伸缩因子a和平移因子b得到，取
Figure BDA0002397267040000031
则小波变换序列为：
Figure BDA0002397267040000032
离散小波变换定义为：
Figure BDA0002397267040000033
将采集到的信号进行一维多尺度分解，由信号s产生两个数据集：低频系数cA1和高频系数cD1。
所述的一种拉削力测量数据处理方法，其特征在于所述cA1由信号s和低通滤波器Lo_D卷积获得，cD1由信号s和高通滤波器卷积获得，其中，每个滤波器的长度为2N，设n＝length(s)，系数cA1和cD1的长度为
Figure BDA0002397267040000034
所述的一种拉削力测量数据处理方法，其特征在于所述步骤二中，使用同样的框架将步骤一中得到的低频系数cA1分解成两部分，即cA1替换为cA2和cD2，依次类推，信号s在第j层的分解结构为[cAj，cD1，…，cDj]，在指定的尺度J下，信号s(t)可进一步写为：
Figure BDA0002397267040000035
式中，Dj(t)为信号是s(t)在尺度J上的细节参数，AJ(t)为信号s(t)在尺度J上的近似参数。
所述的一种拉削力测量数据处理方法，其特征在于所述步骤三中，对步骤二中分解得到的最后的低频系数信号进行重构时：对一维小波系数进行单支重构，对第j层的低频系数cAj进行重构，该信号则是主拉削力信号。
通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)本发明的测量装置结构简单、安装便捷、刚性好；
2)本发明采用的数据处理方法通过将低频系数分解成两部分，获得一个新的低频系数信号和一个高频系数信号，然后将新的低频系数信号继续分解成两部分而高频系数信号不会被再分解，并对分解得到的最后的低频系数信号进行重构，最后得到主拉削力，实现了对拉削力数据的实时测量和处理、以及主拉削力数值信号的提取。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的小波变换分解图；
图3为本发明的拉削力测量结果示意图；
图4为本发明的主拉削力示意图。
图中：1、提刀机构；2、拉刀；3、待加工工件；4、应变片传感器；5、连接柱；6、测力支座；7、工作台；8、床身；9、网关；10、服务器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合说明书附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。
请参阅图1：一种拉削力测量装置，包括床身8、工作台7、提刀机构1和服务器10；工作台7和提刀机构1固定安装在床身8的一侧，提刀机构1位于工作台7的上方，提刀机构1的下部固定安装有拉刀2；
工作台7的上方设有测力支座6，测力支座6和工作台7上均开设有供拉刀2穿过的通孔，测力支座6的上部放置有待加工工件3；
工作台7和测力支座6之间通过若干根连接柱5相连接，若干根连接柱5以拉刀2的中心线为中心呈均匀圆周排列，若干根连接柱5的下部与工作台7通过螺纹紧固连接，测力支座6固定安装在连接柱5的上端；其中，至少有一根连接柱5的外圆柱面上安装有应变片传感器4；
应变片传感器4连接有网关9，网关9连接有服务器10，网关9根据应变片传感器4的信号记录拉削力的变化，将信号推送到服务器10上并展示实时数据，整个测量装置结构简单、安装便捷、刚性好。
参阅图2-4：对数据进行小波变换分解，在小波变换分解过程中，将低频系数分解成两部分，分开后获得一个新的低频系数信号和一个高频系数信号，在两个连续的低频系数信号中间丢失的信息被高频系数信号获得；下一步将新的低频系数信号继续分解成两部分而高频系数信号不会被再分解；并对分解得到的最后的低频系数信号进行重构，最后得到主拉削力。
其中，由于连续小波变换的伸缩因子和平移因子都是连续变换的实数，在应用中需要计算连续积分，在处理数字信号时很不方便，为了得到小波变换的数值结果，数值计算中常采用离散形式，即离散小波变换(DWT)；DWT可以通过离散化CWT中的伸缩因子a和平移因子b得到。通常取
Figure BDA0002397267040000051
则小波变换序列为：
Figure BDA0002397267040000052
离散小波变换定义为：
Figure BDA0002397267040000053
将采集到的信号进行一维多尺度分解，对给定长度为N的信号，那么DWT顶多包含log2N层，第一步由信号s产生两个数据集：低频系数cA1和高频系数cD1，cA1由信号s和低通滤波器Lo_D卷积获得，cD1由信号s和高通滤波器卷积获得。
每个滤波器的长度为2N，如果n＝length(s)，系数cA1和cD1的长度为
Figure BDA0002397267040000061
下一步分解就是使用同样的框架将低频系数cA1分解成两部分，即cA1替换为cA2和cD2，依次类推。
信号s在第j层的分解结构为[cAj，cD1，…，cDj]；
在指定的尺度J下，信号s(t)可进一步写为：
Figure BDA0002397267040000062
式中，Dj(t)为信号s(t)在尺度J上的细节参数，AJ(t)为信号s(t)在尺度J上的近似参数。
这样就形成了一个分解树，将信号分解为多个细节和一个近似，该近似捕获了信号静态分量相对应的低频分量，细节反映了与信号动态分量相对应的高频分量。
最后，对一维小波系数进行单支重构，对第j层的低频系数cAj进行重构，该信号则是主拉削力信号；
该数据处理方法实现了对拉削力数据的实时测量和处理、以及主拉削力数值信号的提取。
本发明测试装置工作时，采用的主要技术方案有：
将花键拉刀2放置在提刀机构1中，并按预定预紧力顶紧在提刀机构1上，将待加工工件3安装在测力支座6上、应变片传感器4安装在连接柱5上，用花键拉刀2对待加工工件3进行拉削，拉削过程中，应变片传感器4的信号线连接到网关9上，将信号上传到网关9，网关9将信号推送到服务器10上并展示实时数据，在服务器10上对数据进行小波变换分解。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种拉削力测量装置，包括床身(8)、工作台(7)和提刀机构(1)；所述工作台(7)和提刀机构(1)固定安装在床身(8)的一侧，提刀机构(1)位于工作台(7)的上方，提刀机构(1)的下部固定安装有拉刀(2)；
其特征在于所述工作台(7)的上方设有测力支座(6)，测力支座(6)的上部放置有待加工工件(3)，所述工作台(7)和测力支座(6)之间通过若干根连接柱(5)相连接，其中，至少有一根连接柱(5)的外圆柱面上安装有应变片传感器(4)，所述应变片传感器(4)连接有网关(9)，所述网关(9)连接有服务器(10)，网关(9)根据应变片传感器(4)的信号记录拉削力的变化，将信号推送到服务器(10)上并展示实时数据，所述服务器(10)对数据进行小波变换分解，并对分解得到的最后的低频系数信号进行重构，最后得到主拉削力。
2.根据权利要求1所述的一种拉削力测量装置，其特征在于所述若干根连接柱(5)以拉刀(2)的中心线为中心呈均匀圆周排列。
3.根据权利要求1所述的一种拉削力测量装置，其特征在于所述测力支座(6)和工作台(7)上均开设有供拉刀(2)穿过的通孔。
4.根据权利要求1所述的一种拉削力测量装置，其特征在于所述连接柱(5)的下部与工作台(7)通过螺纹紧固连接，所述测力支座(6)固定安装在连接柱(5)的上端。
5.一种拉削力测量数据处理方法，其特征在于包括以下步骤:
步骤一、信号分解:将低频系数信号分解成两部分，分开后获得一个新的低频系数信号和一个高频系数信号，在两个连续的低频系数信号中间丢失的信息被高频系数信号获得；
步骤二、将新的低频系数信号继续分解成两部分而高频系数信号不会被再分解；
步骤三、对分解得到的最后的低频系数信号进行重构，得到主拉削力。
6.根据权利要求5所述的一种拉削力测量数据处理方法，其特征在于所述步骤一中，数值计算采用离散形式，即离散小波变换(DWT)，DWT通过离散化CWT中的伸缩因子a和平移因子b得到，取
Figure FDA0002397267030000021
则小波变换序列为：
Figure FDA0002397267030000022
离散小波变换定义为：
Figure FDA0002397267030000023
将采集到的信号进行一维多尺度分解，由信号s产生两个数据集：低频系数cA1和高频系数cD1。
7.根据权利要求6所述的一种拉削力测量数据处理方法，其特征在于所述cA1由信号s和低通滤波器Lo_D卷积获得，cD1由信号s和高通滤波器卷积获得，其中，每个滤波器的长度为2N，设n＝length(s)，系数cA1和cD1的长度为
Figure FDA0002397267030000024
8.根据权利要求5或7所述的一种拉削力测量数据处理方法，其特征在于所述步骤二中，使用同样的框架将步骤一中得到的低频系数cA1分解成两部分，即cA1替换为cA2和cD2，依次类推，信号s在第j层的分解结构为[cAj，cD1，…，cDj]，在指定的尺度J下，信号s(t)可进一步写为：
Figure FDA0002397267030000025
式中，Dj(t)为信号是s(t)在尺度J上的细节参数，AJ(t)为信号s(t)在尺度J上的近似参数。
9.根据权利要求5所述的一种拉削力测量数据处理方法，其特征在于所述步骤三中，对步骤二中分解得到的最后的低频系数信号进行重构时：对一维小波系数进行单支重构，对第j层的低频系数cAj进行重构，该信号则是主拉削力信号。
CN202010135803.3A 2020-03-02 2020-03-02 一种拉削力测量装置及测量数据处理方法 Pending CN111390271A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010135803.3A CN111390271A (zh) 2020-03-02 2020-03-02 一种拉削力测量装置及测量数据处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010135803.3A CN111390271A (zh) 2020-03-02 2020-03-02 一种拉削力测量装置及测量数据处理方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111390271A true CN111390271A (zh) 2020-07-10

Family

ID=71414934

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010135803.3A Pending CN111390271A (zh) 2020-03-02 2020-03-02 一种拉削力测量装置及测量数据处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111390271A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3123581A1 (fr) * 2021-06-02 2022-12-09 Safran Aircraft Engines Mesure d’efforts de coupe lors d’un essai de brochage

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101947743A (zh) * 2010-09-17 2011-01-19 浙江工业大学 拉削力测试装置
CN107900782A (zh) * 2017-11-27 2018-04-13 西安交通大学 一种键槽拉刀拉削力的测量装置及方法
CN108296881A (zh) * 2018-01-30 2018-07-20 中国工程物理研究院材料研究所 一种铣削颤振在线监测方法
CN108875581A (zh) * 2018-05-17 2018-11-23 江苏大学 一种内燃机表面振动速度信号与缸内压力信号之间相位滞后角的描述方法
CN109540705A (zh) * 2017-09-21 2019-03-29 株式会社岛津制作所 材料试验的噪声除去方法以及材料试验机
CN109648397A (zh) * 2018-12-07 2019-04-19 杭州电子科技大学 基于刀齿刃带宽度与拉削负载相关性的拉刀寿命预测方法
CN110175545A (zh) * 2019-05-15 2019-08-27 国耀量子雷达科技有限公司 一种基于ls谱和小波谱的主导重力波识别方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101947743A (zh) * 2010-09-17 2011-01-19 浙江工业大学 拉削力测试装置
CN109540705A (zh) * 2017-09-21 2019-03-29 株式会社岛津制作所 材料试验的噪声除去方法以及材料试验机
CN107900782A (zh) * 2017-11-27 2018-04-13 西安交通大学 一种键槽拉刀拉削力的测量装置及方法
CN108296881A (zh) * 2018-01-30 2018-07-20 中国工程物理研究院材料研究所 一种铣削颤振在线监测方法
CN108875581A (zh) * 2018-05-17 2018-11-23 江苏大学 一种内燃机表面振动速度信号与缸内压力信号之间相位滞后角的描述方法
CN109648397A (zh) * 2018-12-07 2019-04-19 杭州电子科技大学 基于刀齿刃带宽度与拉削负载相关性的拉刀寿命预测方法
CN110175545A (zh) * 2019-05-15 2019-08-27 国耀量子雷达科技有限公司 一种基于ls谱和小波谱的主导重力波识别方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李威霖: "《车铣刀具磨损状态监测及预测关键技术研究》", 《工程科技I辑》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3123581A1 (fr) * 2021-06-02 2022-12-09 Safran Aircraft Engines Mesure d’efforts de coupe lors d’un essai de brochage

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cao et al. Chatter identification in end milling process based on EEMD and nonlinear dimensionless indicators
CN106181579B (zh) 一种基于多传感器电流信号的刀具磨损监测方法
Tansel et al. Detection of tool failure in end milling with wavelet transformations and neural networks (WT-NN)
Fang et al. Effect of tool edge wear on the cutting forces and vibrations in high-speed finish machining of Inconel 718: an experimental study and wavelet transform analysis
CN106842922B (zh) 一种数控加工误差优化方法
JP2022547408A (ja) 歯車加工装置における自動プロセス制御
Berger et al. Wavelet based cutting state identification
CN111390271A (zh) 一种拉削力测量装置及测量数据处理方法
CN111331429A (zh) 基于小波包能量分析的刀具磨损状态监测方法及装置
CN204621695U (zh) 基于隔振式电涡流传感器测量动态铣削力装置
CN111300148A (zh) 一种电流信号监测刀具磨损的方法
Daniyan et al. Measurement and optimization of cutting forces during M200 TS milling process using the response surface methodology and dynamometer
CN114714157A (zh) 一种基于时变滤波经验模态分解与瞬时能量比的磨削颤振监测方法
Li et al. Investigation on the size effect in micro end milling considering the cutting edge radius and the workpiece material
CN114523338A (zh) 一种基于噪声分析的切削刀具磨损状态监测方法
CN109492323B (zh) 基于变形测试的毛坯初始残余应力高精度反求方法
Liu et al. Study on surface morphology of vibration assisted cutting
Raja et al. Field testing of machine tool diagnostic techniques using surface metrology
Gogolewski The simulation method for the identification the surface irregularities
Jemielniak et al. Tool wear monitoring based on wavelet transform of raw acoustic emission signal
DE2125426A1 (de) Verfahren und Schaltung zur Überwachung von spanabhebenden Werkzeugen an Bearbeitungsmaschinen
DE102019215552A1 (de) Bearbeitungsinformationen-Aufzeichnungsvorrichtung, Bearbeitungsinformationen-Aufzeichnungsverfahren und Programm
CN109531250A (zh) 一种机电一体化加工车床
CN110597060B (zh) 基于监测加速度的薄壁件侧铣加工表面粗糙度预测方法
Sória et al. Effects of tool state on the output parameters of front milling using discrete wavelet transform

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200710

RJ01 Rejection of invention patent application after publication