1.一种车削工件准静态变形的理论计算及动变形的实测方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步、计算移动车削力作用下工件准静态的弯曲变形,其理论计算过程如下,(11)建立车削工件准静态变形的力学模型;
(12)采用奇异函数表示弯矩方程,该弯矩方程由下式表示,M(x,t)=R0x+F
当n<0时,
当n≥0时,
奇异函数的积分法则为:
其中,x为轴的任意截面,t为时间,R0为顶针在工件径向方向的约束反力,F为径向切削力,x1为轴的径向力作用截面,l为轴的长度,xi为任意实数,n为任意整数;
(13)采用奇异函数表示工件轴惯性矩I(x),工件轴惯性矩I(x)需满足以下条件,其中,I为工件轴惯性矩,I1为已车削段的轴惯性矩,I2为未车削段的轴惯性矩;
(14)采用奇异函数表示挠曲线近似微分方程,挠曲线近似微分方程为其中,x1=u·t,,y为工件任意截面处的挠度;
(15)对挠曲线近似微分方程分两步积分,得到含两个待定积分变数C、D的转角方程及变形方程,转角方程为其中,θ为转角;
变形方程为
(16)联立边界条件求解积分常数C、D,当x=0时,y(x,t)=0,解得D=0;由x=l时,θ(x,t)=0,y(x,t)=0,整理得到,在车削过程中,上述两个方程中的未知量C、R0是时间t的函数,得到C(t)、R0(x,t),再把C(t)、R0(x,t)回代到挠曲线方程,得到挠度函数y(x,t),再将y(x,t)回代到挠曲线近似微分方程,得到弯矩函数M(x,t);
(17)根据Merchant公式计算车削力,Merchant公式为其中,τ为剪切屈服强度,φ为剪切角,β为摩擦角,γ为刀具前角,b为车削厚度,h为车削宽度;
(18)对上述方程及挠度函数、转角函数求解,得到变形曲线进行变形的相关分析;
第二步、对车削工件进行动态变形的测试,具体方法如下,
(21)构建车削工件动态变形测试系统,该系统包括涡电流位移传感器、稳压电源、电脑、动态信号采集仪及其配套的信号采集分析系统和百分表磁力表座;
(22)选择车削工件,根据试验方案以及试验室现有材料选择金属车削材料,并将其加工成直径为60mm的圆柱形试件备用;
(23)在测量车削工件弯曲变形前,对动态变形测试系统进行正确接线并进行状态检测;
(24)采用动态变形测试系统进行不同车削参数下的车削试验,车削试验过程中采集试验数据,基于采集的试验数据,绘制工件变形的时域信号曲线,并提取时域特征值并进行分析。
2.根据权利要求1所述一种车削工件准静态变形的理论计算及动变形的实测方法,其特征在于,所述涡电流位移传感器包括探头和前置器,所述探头垂直于旋转工件自由端放置,且与工件自由端留有间隙,所述探头通过电缆线与前置器的输入端连接,所述前置器的输出端与动态信号采集仪的电压信号输入接口连接,所述前置器由稳压电源供电,所述动态信号采集仪与电脑相连。
3.根据权利要求2所述一种车削工件准静态变形的理论计算及动变形的实测方法,其特征在于,涡电流位移传感器为非接触式传感器,其量程小于或等于1.5mm。
4.根据权利要求3所述一种车削工件准静态变形的理论计算及动变形的实测方法,其特征在于,所述探头与夹头连杆相连,所述夹头连杆通过百分表磁力表座与车床床臂固定连接。
5.根据权利要求4所述一种车削工件准静态变形的理论计算及动变形的实测方法,其特征在于,步骤(24)中,车削试验过程中,事先对工件变形工程信号进行标定,设置标定系数,并保存到标定文件中,然后将采集得到的变形电压信号调用标定文件得到工件变形的工程信号,换算得到变形值。
6.根据权利要求5所述一种车削工件准静态变形的理论计算及动变形的实测方法,其特征在于,所述工件为金属材料。