[发明专利]两齿螺旋立铣刀刀齿半径不对称误差检测系统及其方法

权利要求书

1.一种两齿螺旋立铣刀刀齿半径不对称误差检测系统，其特征在于，整个检测系统主要涉及铣削力测试系统设计和薄壁结构设计两部分，其中铣削力测试系统主要由两刃螺旋平底立铣刀1、薄壁工件2、Kistler三向铣削力测力仪3、高阻抗数据传输线4、电荷放大器5、数据采集卡6和计算机7组成，

所述计算机7为对信号进行存储、预处理与数据分析；

铣刀1对薄壁工件2进行侧面立式铣削，Kistler测力仪3将刀具与工件间的作用力转变成电荷信号，信号经高阻抗数据传输线4送达电荷放大器5，电荷放大器5将电荷信号转换为电压信号，数据采集卡6对电压信号进行采集，并将数据保存到计算机7中；

所述Kistler测力仪3为通过压电效应将铣削时产生的铣削力转换为电荷信号；

所述高阻抗数据传输线4为将电荷信号进行传输，测力仪3获得的电荷量较小，且容易泄露，高阻抗数据传输线能将小电荷量电荷进行安全传输；

所述电荷放大器5为对电荷进行放大并转换成电压信号，测力仪输出的电荷信号较微弱，为便于采集，需要电荷放大器5对电荷进行放大并转换为电压信号；

所述数据采集卡6为将放大的电信号进行采集量化；

所述计算机包括存储模块、信号预处理模块和数据分析模块；数据采集卡6采集的信号分别通过计算机的信号预处理模块、数据分析模块对信号进行处理和分析，从而输出获得铣刀半径不对称误差值；

薄壁工件2主要有定位孔9、安装底座10以及悬臂结构11构成；所述定位孔9为将工件定位在Kistler测力仪3上表面，确定薄壁件的正确位置；所述定安装底座10为将工件固定在工作台上，并对其进行夹紧；所述薄壁悬臂结构11为铣削加工部位，铣削此部位获得铣削力。

2.一种两齿螺旋立铣刀刀齿半径不对称误差检测方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1，实验平台的构建

搭建好铣削力测试系统和设计好薄壁结构；

步骤2，铣削力信号的去噪处理

采用异常值剔除及小波包分解去噪方法对铣削力信号进行预处理，

步骤2.1采用Chauvenet和Gubbs公式对异常数据进行剔除，其表达式为：

|x_i-μ_X|>cσ  (1)

其中x_i为第i次的采集值，μ_X为样本的平均值，σ为样本的方差，c为调整参数。

步骤2.2采用Sqtwolog规则确定滤波阈值，数据处理过程如下：

（1）信号的小波包分解：选择小波基对铣削力信号进行N层小波包分解；

（2）小波包分解高频系数的阈值量化：对各个分解尺度下的高频系数确定阈值并进行阈值化处理；

（3）小波包重构：根据第N层小波包分解低频系数和量化处理系数进行小波重构；

（4）静态零点漂移剔除：整个测量系统存在静态零漂，对小波包阈值去噪后的信号进行零漂剔除处理；

步骤3，名义铣削力的构建

铣刀刀齿半径不对称误差造成长、短齿铣削力信号不同，为获得精确的解析铣削力系数，需要构建名义铣削力，即单个齿的铣削力构造铣削力；

步骤4，铣刀刀齿半径不对称公式构建

根据名义铣削力可获得对应的名义铣削力系数，计算公式如式（2）-（5）所示。

Ktl=4placl(AF‾xl+BF‾yl)---(2)]]>

Krl=4placl(CF‾xl+DF‾yl)---(3)]]>

Kts=4psacs(AF‾xs+BF‾ys)---(4)]]>

Krs=4psacs(CF‾xs+DF‾ys)---(5)]]>

其中参数p_l,p_s分别为铣削刃长、短齿与切削时刀具转过的角度，表示为：

p=(θex-θst)+atan(90-λ)*r---(6)]]>

c_l,c_s为长、短齿的每齿进给量，

分别为X，Y方向长、短齿名义铣削力的平均值,

根据切向、径向铣削力系数与刀具旋转半径无关的假设，得到：

4placl(AF‾xl+BF‾yl)4psacs(AF‾xs+BF‾ys)=1---(7)]]>

4placl(CF‾xl+DF‾yl)4psacs(CF‾xs+DF‾ys)=1---(8)]]>

以式（7）为例计算刀具长、短齿旋转半径，记刀具长、短齿半径通过式（9）获得：

Kplpscscl=1rl+rs=D---(9)]]>

其中，cscl=cl-(rl-rs)cl=1-(rl-rs)c+(rl-rs),plps=(θex-θst)+atan(90-λ)*rl(θex-θst)+atan(90-λ)*rs]]>

根据式（9）得到若干组实验对应的刀具旋转半径r_l、r_s，在铣削实验中，获得置信水平为a时，长、短齿旋转半径均值及方差的置信区间，如式（10）-（11）所示：

(X‾-Snta/2(n-1),X‾+Snta/2(n-1))---(10)]]>

((n-1)S2χa/22(n-1),(n-1)S2χ1-a/22(n-1))---(11)]]>

获得均值和方差的置信区间，取r_l均值、r_s均值区间的均值作为长、短齿旋转半径，最终获得刀齿半径差。