CN111408981A - 一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法 - Google Patents

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杨岑岑
周林
邓犇
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    • 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
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Abstract

本发明提供一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法，具体包括：在切削设备上安装气驱动主轴，并在主轴上安装加工刀具；利用加工刀具对待加工工件进行加工，并利用力传感器测量加工刀具在X、Y、Z任意一个方向的切削力，得到X、Y、Z任意一个方向的切削力的时域信号；对所述X、Y、Z任意一个方向的切削力时域信号进行频谱分析，得到X、Y、Z任意一个方向的切削力幅频特性曲线；根据所述X、Y、Z任意一个方向的切削力幅频特性曲线得到切削力信号的基频；根据所述加工刀具齿数和所述切削力信号的基频得到所述气驱动主轴转速；本发明的有益效果是：气驱动主轴转速的辨识准确度高、受切削过程干扰小，能够实现实时测量。

Description

一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法
技术领域
本发明涉及切削加工领域，尤其涉及一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法。
背景技术
当前，气驱动主轴在切削加工领域尤其在打磨、去毛刺等加工领域应用越来越广泛。与电驱动主轴不同，气驱动主轴靠压缩空气驱动，其转速由压缩空气流量决定。压缩空气流量和主轴转速之间未有明确的对应关系，因此气驱动主轴转速难以直接精确确定，需要额外的设备进行测量。目前应用较多的是在主轴上粘贴反光贴，利用频闪仪或转速计直接测量主轴转速。这种方法在主轴空转时测量精度尚可，在正常加工时易受切削液、切屑、切削振动等干扰，影响测量准确性。
发明内容
有鉴于此，针对上述问题，本发明提供了一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法，本发明利用力传感器实时采集切削力信号，对力信号进行傅里叶变换并进行频谱分析，计算出刀具走刀频率，再根据刀具齿数计算出主轴转动频率，进而求得实时刀具转速。
本发明提供一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法具体包括：
S101：在切削设备上安装气驱动主轴，并在主轴上安装加工刀具；
S102：利用加工刀具对待加工工件进行加工，并利用力传感器测量加工刀具在X、Y、Z任意一个方向的切削力，得到X、Y、Z任意一个方向的切削力的时域信号；
S103：对所述X、Y、Z任意一个方向的切削力时域信号进行频谱分析，得到X、Y、Z任意一个方向的切削力幅频特性曲线；
S104：根据所述X、Y、Z任意一个方向的切削力幅频特性曲线得到切削力信号的基频；
S105：根据所述加工刀具齿数和所述切削力信号的基频得到所述气驱动主轴转速。
进一步地，步骤S102具体为：将待加工工件放置于所述力传感器表面；利用力传感器测量所述加工刀具在加工时X、Y、Z任意一个方向的切削力；利用数据采集装置采集X、Y、Z任意一个方向的切削力，并通过数据信号线将X、Y、Z任意一个方向的切削力传输至电脑。
进一步地，步骤S103具体为：利用电脑对所述X、Y、Z任意一个方向的切削力进行傅里叶变换，得到X、Y、Z任意一个方向的切削力幅频特性曲线。
进一步地，步骤S104具体为：从所述X、Y、Z任意一个方向的切削力幅频特性曲线提取第一个尖峰对应的横坐标值，即为该方向切削力对应的基频TF。
进一步地，步骤S101中所述加工刀具的齿数为m，根据实际加工情况进行选择。
进一步地，步骤S105中，所述气驱动主轴转速计算公式为：
n＝60×TF÷m
其中，n表示气驱主轴的转速，单位为转/分钟。
一种存储设备，所述存储设备存储指令及数据用于实现一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法。
一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识设备，包括处理器及存储设备；所述处理器加载并执行存储设备中的指令及数据用于实现一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：气驱动主轴转速的辨识准确度高、受切削过程干扰小，能够实现实时测量。
附图说明
图1是本发明一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法的流程图；
图2是本发明一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识设备的结构图。
图3是本发明一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法中X方向的切削力时域信号图；
图4是本发明一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法中X方向的切削力幅频谱；
图5是本发明实施例中硬件设备工作的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1，本发明的实施例提供了一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法，具体包括：
S101：在切削设备上安装气驱动主轴，并在主轴上安装加工刀具；
S102：利用加工刀具对待加工工件进行加工，并利用力传感器测量加工刀具在X、Y、Z任意一个方向的切削力，得到X、Y、Z任意一个方向的切削力的时域信号；
S103：对所述X、Y、Z任意一个方向的切削力时域信号进行频谱分析，得到X、Y、Z任意一个方向的切削力幅频特性曲线；
S104：根据所述X、Y、Z任意一个方向的切削力幅频特性曲线得到切削力信号的基频；
S105：根据所述加工刀具齿数和所述切削力信号的基频得到所述气驱动主轴转速。
步骤S102具体为：将待加工工件放置于所述力传感器表面；利用力传感器测量所述加工刀具在加工时X、Y、Z任意一个方向的切削力；利用数据采集装置采集X、Y、Z任意一个方向的切削力，并通过数据信号线将X、Y、Z任意一个方向的切削力传输至电脑。
步骤S103具体为：利用电脑对所述X、Y、Z任意一个方向的切削力进行傅里叶变换，得到X、Y、Z任意一个方向的切削力幅频特性曲线。
步骤S104具体为：从所述X、Y、Z任意一个方向的切削力幅频特性曲线提取第一个尖峰对应的横坐标值，即为该方向切削力对应的基频TF。
步骤S101中所述加工刀具的齿数为m，根据实际加工情况进行选择。
步骤S105中，所述气驱动主轴转速计算公式为：
n＝60×TF÷m
其中，n表示气驱主轴的转速，单位为转/分钟。
请参见图5，图5是本发明实施例的硬件设备工作示意图，所述硬件设备具体包括：一种A设备401、处理器402及存储设备403。
一种存储设备403，所述存储设备403存储指令及数据用于实现一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法。
一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识设备401，包括处理器402及存储设备403；所述处理器402加载并执行存储设备中的指令及数据用于实现一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法。
本发明实施例中，以X方向的切削力为例，采用MATLAB程序(或其他语言编写的傅里叶变换程序)对采集的切削力时域信号进行傅里叶变换，得到切削力信号的幅频谱。请参考图3和图4，图3是X方向切削力的时域信号图，图4是本发明实施例中X方向的切削力频谱分析图。其中，第一个尖峰对应的横坐标值即为切削力信号的基频，为667Hz也是刀具走刀频率，设为TF,单位为Hz。
本发明实施例中，用到的加工刀具齿数为4，结合公式，得到最后气驱主轴的具体转速为：10005转/分钟，经实际验证测试，本发明测得的精度辨识准确度高。
相比目前应用较多的在主轴上粘贴反光贴，利用频闪仪或转速计直接测量主轴转速而言，本发明的有益效果是：成本低、气驱动主轴转速的辨识准确度高、受切削过程干扰小，能够实现实时测量。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法，其特征在于：包括：
S101：在切削设备上安装气驱动主轴，并在主轴上安装加工刀具；
S102：利用加工刀具对待加工工件进行加工，并利用力传感器测量加工刀具在X、Y、Z任意一个方向的切削力，得到X、Y、Z任意一个方向的切削力的时域信号；
S103：对所述X、Y、Z任意一个方向的切削力时域信号进行频谱分析，得到X、Y、Z任意一个方向的切削力幅频特性曲线；
S104：根据所述X、Y、Z任意一个方向的切削力幅频特性曲线得到切削力信号的基频；
S105：根据所述加工刀具齿数和所述切削力信号的基频得到所述气驱动主轴转速。
2.如权利要求1所述的一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法，其特征在于：步骤S102具体为：将待加工工件放置于所述力传感器表面；利用力传感器测量所述加工刀具在加工时X、Y、Z任意一个方向的切削力；利用数据采集装置采集X、Y、Z任意一个方向的切削力，并通过数据信号线将X、Y、Z任意一个方向的切削力传输至电脑。
3.如权利要求2所述的一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法，其特征在于：步骤S103具体为：利用电脑对所述X、Y、Z任意一个方向的切削力进行傅里叶变换，得到X、Y、Z任意一个方向的切削力幅频特性曲线。
4.如权利要求3所述的一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法，其特征在于：步骤S104具体为：从所述X、Y、Z任意一个方向的切削力幅频特性曲线提取第一个尖峰对应的横坐标值，即为该方向切削力对应的基频TF。
5.如权利要求4所述的一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法，其特征在于：步骤S101中所述加工刀具的齿数为m，根据实际加工情况进行选择。
6.如权利要求5所述的一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法，其特征在于：步骤S105中，所述气驱动主轴转速计算公式为：
n＝60×TF÷m
其中，n表示气驱主轴的转速，单位为转/分钟。
7.一种存储设备，其特征在于：所述存储设备存储指令及数据用于实现权利要求1～6所述的任意一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法。
8.一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识设备，其特征在于：包括处理器及存储设备；所述处理器加载并执行存储设备中的指令及数据用于实现权利要求1～6所述的任意一种基于切削力频谱分析的气驱动主轴转速实时辨识方法。
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