CN114326580B - 一种基于工作台信息监控的薄壁零件加工方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及薄壁零件加工技术领域，具体为一种基于工作台信息监控的薄壁零件加工方法及装置，加工装置包括工件，还包括：工作台，用于放置工件，台面上密布有用于采集加工过程中工件切削力、切削热、切削振动信号的集成式传感器；刀具，用于对工件进行加工；上位机，与集成式传感器、刀具控制连接，用于接收集成式传感器采集到的信息进行实时处理，并对加工参数进行自动优化计算，同步调整加工刀具的加工参数及加工轨迹更新，实现闭环反馈调节。本发明实现了闭环反馈，降低了加工过程中薄壁零件的损伤。
Description
技术领域
本发明涉及薄壁零件加工技术领域，具体为一种基于工作台信息监控的薄壁零件加工方法及装置。
背景技术
薄壁零件具有比强度高、重量轻等优异的力学性能，并且比传统零件节省材料，被广泛应用于航空航天、交通运输等领域。然而，薄壁零件刚性较差，在机械加工过程中，受到刀具切削力的影响，极易产生强烈振动，零件变形严重，由于零件和刀具的高频作用，切削热急剧增大。会严重降低零件加工质量，同时对机床和刀具造成损伤。并且切削力会导致刀具周边大范围的零件振动。
传统技术手段大都针对加工刀具处的零件部位进行加工优化。专利CN11013781A公开了一种薄壁零件加工控制方法，利用振动检测装置监测加工过程中的振动信号，通过制动器对待加工工件施加反向作用力，降低加工过程中的振动。但此装置仅适用于小型薄壁零件，当薄壁零件尺寸较大时，反向作用力只能集中在制动器周围，对其他位置的作用效果较差。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于工作台信息监控的薄壁零件加工方法及装置，能够达到较好的加工质量，尤其是降低切削力、切削热和零件振动。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种基于工作台信息监控的薄壁零件加工装置，包括工件，还包括：
工作台，用于放置工件，台面上密布有用于采集加工过程中工件切削力、切削热、切削振动信号的集成式传感器；
刀具，用于对工件进行加工；
上位机，与集成式传感器、刀具控制连接，用于接收集成式传感器采集到的信息进行实时处理，并对加工参数进行自动优化计算，同步调整加工刀具的加工参数及加工轨迹更新，实现闭环反馈调节。
优选地，集成式传感器包括力传感器、热传感器、振动传感。
一种应用基于工作台信息监控的薄壁零件加工装置的加工方法，包括以下步骤：
(一)根据工件的几何尺寸，使用相应的夹具将工件固定在工作台上，对热传感器调零校准；
(二)力传感器产生信号，发送至上位机中，经过处理，生成工作台表面压力分布图，确定工件表面轮廓；
(三)根据工件表面轮廓初步设定加工参数，工作台空转1S，根据空转运行情况对力传感器、振动传感器分别进行调零校准；
(四)根据初步设定的加工参数，对工件进行加工，加工过程中，热传感器、力传感器、振动传感器分别采集对应的切削力、切削热、切削振动信号，并传输至上位机中；
(五)上位机先对力传感器采集到的信号进行取反处理，获得工件厚度方向的载荷，再对振动传感器采集到的信号进行滤波处理，获得工件的变形情况，最后对热传感器采集到的信号进行处理，获得工件的切削热分布情况；
(六)上位机根据获得的载荷信号，生成工件当前加工状态下的表面加工载荷分布图，根据滤波信号生成振动频谱图，根据切削热信号生成温度场；
(七)根据切削力、切削热、切削振动最低的优化条件，上位机对加工参数进行优化计算，结合工件的几何轮廓，重新进行加工轨迹计算；
(八)上位机将优化后的工艺参数及加工轨迹数据传输至刀具上，进行加工参数的调整、加工轨迹的更新，实现闭环反馈调节；
(九)重复步骤(三)至(四)，直至工件加工结束。
进一步地，步骤(三)中加工参数为刀具转速、进给速度、步进形成、切削路径。
本发明的有益效果是：
本发明通过密布的集成式传感器监测加工过程中的切削力、切削热、零件振动等信息，通过上位机进行处理，分析加工过程中薄壁零件的受力、发热及振动情况，并结合零件几何尺寸进行加工参数和工作台姿态的寻优计算，对刀具转速、主轴进给速度、加工路径、步进行程等进行自动调整，实现了闭环反馈，降低了加工过程中薄壁零件的损伤。
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为本发明中装置的结构示意图；
图2为本发明中工作台的俯视结构示意图；
图3为本发明中工作台的侧视结构示意图；
图4为本发明的流程图。
图中：1、工作台；2、工件；3、刀具；4、上位机。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合附图以及实施例对本发明进一步阐述。
如图1所示，一种基于工作台信息监控的薄壁零件加工装置，包括工作台1、工件2、刀具3、上位机4。所述工件2位于工作台1上，所述刀具3位于工件2上方，所述工作台1、刀具3均与上位机4通信连接。
如图2和图3所示，所述工作台1的台面上设有多个均匀排布的集成式传感器，每个集成式传感器均包括力传感器、热传感器、振动传感器。所述力传感器能够检测工件2作用力；所述热传感器能够检测工件2切削热；所述振动传感器能够检测工件2振动情况。
如图4所示，一种应用基于工作台信息监控的薄壁零件加工装置的加工方法，包括以下步骤：
(一)工作台1根据温度进行热传感器调零校准。
(二)工件2的安装定位：根据工件2的几何尺寸，使用相应的夹具将工件2固定在工作台1上，保证工件2厚度方向与主轴方向平行。
(三)工件2放置在工作台1上以后，工作台1表面密布的力传感器产生信号，发送至A/D转换器，进而发送至上位机4。
(四)上位机4根据A/D转换器传输的信号，调用软件，生成工作台1的表面压力分布图，进而确定工件2的表面轮廓。
(五)上位机4根据工件2的表面轮廓初步设定刀具转速、进给速度、步进行程、切削路径等加工参数，工作台1开机空转1s，根据空转运行情况自动进行力传感器调零校准，消除工件2固定导致的作用力影响；根据空转期间工件2振动情况进行振动传感器调零校准，消除工作台1的振动影响。
(六)零件加工：根据步骤(五)初步设定的加工参数，对工件2进行加工。
(七)切削力、切削热、振动信号的采集：在工作台1的表面均匀排布有集成了力传感器、热传感器、振动传感器的集成式传感器，在加工过程中能够采集加工过程中来自工件2的反作用力、切削热、以及振动信号，并实时传输到上位机4中。
(八)信号的处理：上位机4首先将来自工作台1上的力传感器的信号进行取反处理，获得工件2厚度方向的载荷；对来自工作台1上的振动传感器的信号进行滤波处理，获得工件2的变形情况；对来自工作台1上的热传感器的信号进行处理，获得工件2的切削热分布情况。
(九)上位机4根据取反后的载荷信号，生成工件2当前加工状态下的表面加工载荷分布图，根据滤波信号生成振动频谱图，根据温度传感器信号生成温度场。
(十)信号的分析：根据切削热、切削力、零件振动最低的优化条件，对刀具转速、进给速度、步进行程、加工路径等加工参数进行优化计算，结合工件2的几何轮廓，重新进行加工轨迹计算。
(十一)加工参数的优化反馈：根据上位机4的计算结果，将工艺参数控制信号传送到刀具3上，进行加工参数调整以及加工轨迹更新，降低切削力和切削热和振动，实现闭环反馈调节。
(十二)重复步骤(五)至(七)，直至工件2加工结束。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (2)
1.一种基于工作台信息监控的薄壁零件加工装置的加工方法，其中，一种基于工作台信息监控的薄壁零件加工装置包括工件（2）、用于放置工件（2）的工作台（1），工作台（1）的台面上密布有用于采集加工过程中工件（2）切削力、切削热、切削振动信号的集成式传感器；
刀具（3），用于对工件（2）进行加工；
上位机（4），与集成式传感器、刀具（3）控制连接，用于接收集成式传感器采集到的信息进行实时处理，并对加工参数进行自动优化计算，同步调整加工刀具（3）的加工参数及加工轨迹更新，实现闭环反馈调节；
集成式传感器包括力传感器、热传感器、振动传感；
其特征在于：加工方法包括以下步骤：
（一）根据工件（2）的几何尺寸，使用相应的夹具将工件（2）固定在工作台（1）上，对热传感器调零校准；
（二）力传感器产生信号，发送至上位机（4）中，经过处理，生成工作台（1）表面压力分布图，确定工件（2）表面轮廓；
（三）根据工件（2）表面轮廓初步设定加工参数，工作台（1）空转1S，根据空转运行情况对力传感器、振动传感器分别进行调零校准；
（四）根据初步设定的加工参数，对工件（2）进行加工，加工过程中，热传感器、力传感器、振动传感器分别采集对应的切削力、切削热、切削振动信号，并实时传输至上位机（4）中；
（五）上位机（4）根据采集到的信号进行处理，并上位机（4）对加工参数进行优化计算，结合工件（2）的几何轮廓，重新进行加工轨迹计算；
所述步骤（五）中，先对力传感器采集到的信号进行取反处理，获得工件（2）厚度方向的载荷，再对振动传感器采集到的信号进行滤波处理，获得工件（2）的变形情况，最后对热传感器采集到的信号进行处理，获得工件（2）的切削热分布情况；所述上位机（4）根据获得的载荷信号，生成工件（2）当前加工状态下的表面加工载荷分布图；所述上位机（4）根据滤波信号生成振动频谱图；所述上位机（4）根据切削热信号生成温度场；所述步骤（五）中，优化的条件为：根据切削力、切削热、切削振动最低的优化条件；
（六）上位机（4）将优化后的工艺参数及加工轨迹数据传输至刀具（3）上，进行加工参数的调整、加工轨迹的更新，实现闭环反馈调节；
（七）重复步骤（三）至（四），直至工件（2）加工结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于工作台信息监控的薄壁零件加工装置的加工方法，其特征在于：步骤（三）中加工参数为刀具转速、进给速度、步进形成、切削路径。
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