[发明专利]一种刀具车削温升均值的预测方法

说明书

本发明给出了一种刀具温度升高均值的预测方法；将信号采集系统采集到的信号经过处理后获得各次车削试验中的三向加速度均值、温升均值，基于最小二乘法得到刀具温升均值关于车削三向振动加速度及车削参数的多元回归模型，用以预测不同车削参数下、不同车削振动下刀具的平均温度升高值。该方法综合车削振动及车削参数来预测车削温度升高，采用温升值(相对温度)分析车削热，能消除不同环境温度的差异对车削热的影响；还能为理论及数值模拟计算车削热力耦合特性提供一个必要的本构方程，同时一定程度上可以缓解实时测量车削温度的困难。

技术领域

本发明涉及机械加工领域，特别是一种刀具车削温升均值的预测方法。

背景技术

车削过程中，刀具与工件之间直接接触。由于刀具与工件之间的挤压、剪切、摩擦等会产生大量的车削热，因此车削刀具温度升高，同时产生车削振动。车削热会导致车削热应力、刀具变软等，从而加速刀具的磨损造成刀具的破损、加工表面粗糙度变大、尺寸精度降低等，同时车削振动也会加剧刀具的磨损及车削温度的升高，因此基于车削振动研究刀具温升有着重要的意义，对于车削过程车削参数的选择、刀具的更换、加工表面质量的控制有着重要的指导意义。

影响车削温度的因素有很多，现有的温度经验公式一般只给出了温度与车削参数的关系，没有考虑车削振动以及环境温度对车削温度的影响。

现有的热力耦合分析中，目前应用的本构方程一般只给出了车削应力与应变及温度的关系，没有考虑车削振动的影响。

发明内容

本发明提供一种刀具车削温升均值的预测方法，包括信号采集系统的设计、车削温升关于车削振动加速度、车削参数之间的回归模型；信号采集系统包括温度采集系统和振动信号采集系统；温度采集系统采集刀具前刀面刀尖处的实时温度及每次车削前刀具测温点的温度(环境温度)；振动信号采集系统采集刀具前刀面刀尖处刀柄下表面处的三向振动加速度信号；将信号采集系统采集到的信号经过处理后获得各次车削试验中的三向加速度均值、温升均值，基于最小二乘法得到刀具温升均值关于车削三向振动加速度及车削参数的多元回归模型。

将信号采集系统采集到的信号经过计算机和MATALAB处理，提取特征值，根据特征值及车削参数建立所需温升均值计算公式。

具体过程如下：

步骤一、按设定的车削参数完成车削试验：

按上面设计的试验系统设计车削参数、拟定试验方案，在车削试验中实时同步采集各车削参数下的三向加速度、温度的时域信号以及每次车削前刀具测温点处的初始温度。

步骤二、按照下述方法对信号进行预处理以获得敏感特征：

将样本集中所有样本的温度信号进行时域分析，获得各参数下的温度-时间曲线，由该时间曲线及测得的初始温度可以计算得到该次车削试验时间内的温升均值，

同理，将样本集中所有样本的三向振动加速度信号进行时域分析，获得三向振动加速度-时间曲线，并进一步得到各次试验中的三向振动加速度均值；

步骤三、整理试验数据得到回归模型所需的数据表：

将各次车削试验中的车削参数(切削速度、背吃刀量、进给速度)、温度升高平均值、三向加速度各向的均值绘制成表，为下步运行程序、调用数据做准备；

步骤四、基于最小二乘法原理拟合上述表中数据，得到车削温升均值的一个多元回归模型；

基于最小二乘法原理，推导出车削温升均值关于车削振动均值及车削参数拟合公式中的未知参量的表达式；再利用MATLAB软件编程求解这些未知参量；

步骤五、计算相关性系数，分析拟合公式的可靠性：