1.一种基于湿铣削的力-振动-噪声监测及预测系统的方法,其特征在于:该系统包括外挂式切削液系统、数控机床及工件系统、声压和振动测量系统、三向测力系统,所述外挂式切削液系统包括切削液、切削液管路和切削液容器;所述数控机床及工件系统主要包括数控铣床、铣削刀具和被加工工件;所述振动与声压测量系统分为用于采集湿铣削过程中的x、y、z三向振动信号的振动测量部分和用于采集铣削过程中的声压信号的声压测量部分,所述振动测量部分包括三向加速度传感器、电荷放大器和高速数据采集仪,所述声压测量部分包括声音校准器、精密型声级计和高速数据采集仪;所述三向测力系统包括力传感器和三向力采集仪,用于采集湿铣削过程中的x、y、z三向力信号;
基于该系统的方法包括:
基于湿铣削试验系统对被加工工件进行湿铣削试验,并采集湿铣削过程中的三向力信号、振动信号和噪声信号;
从采集的噪声信号、三向力信号和振动信号的数据中,得到声压级的均方根值、三向铣削力的均方根值、三向振动加速度的均方根值;
建立三向力、三向振动加速度、噪声关于铣削参数的单项预测模型,如下所示:
1)三向力关于铣削参数的单项预测模型为,
式中,FRMS为铣削力,v为铣削速度,ap为铣削深度,vf为进给速度,M,A,B,C,D,E,F,G,H,I均为待求系数;
2)三向振动加速度关于铣削参数的单项预测模型为,
式中,aRMS为铣削振动加速度,v为铣削速度,ap为铣削深度,vf为进给速度,M,A,B,C,D,E,F,G,H,I均为待求系数;
3)噪声关于铣削参数的单项预测模型为,
式中,LRMS为铣削噪声声压级,v为铣削速度,ap为铣削深度,vf为进给速度,M,A,B,C,D,E,F,G,H,I均为待求系数;基于响应面分析法,结合铣削参数建立力-振动-噪声综合预测模型。
2.根据权利要求1所述一种基于湿铣削的力-振动-噪声监测及预测系统的方法,其特征在于:所述外挂式切削液系统可以容纳多种切削液,可以通过阀分流到切削液管路中,随时控制切削液的种类,从而达到比较不同切削液对铣床加工状态的影响;所述外挂式切削液系统可以通过双阀门开关和流量计精确控制切削液流量的大小以及切削液系统的闭合,从而达到比较不同流量切削液对铣床加工状态的影响;结构上,所述切削液容器设有进液管和出液管,在铣床加工过程中,可以通过进液管随时补充切削液,并通过出液管输送到喷嘴;所述切削液出液管中设有双阀门,可以随时更换切削液,也可以通过阀门开闭角度来混合不同切削液达到混合切削液的效果;所述切削液容器固定在数控铣床外壁上方,所述切削液容器连接切削液出液管的一端,所述切削液出液管的另一端设有喷嘴,所述喷嘴固定在被加工工件上方。
3.根据权利要求1所述一种基于湿铣削的力-振动-噪声监测及预测系统的方法,其特征在于:所述铣削刀具安装在数控铣床的主轴上,所述铣削刀具为硬质合金立铣刀,所述被加工工件通过台钳装夹在数控铣床的机床工作台上。
4.根据权利要求1所述一种基于湿铣削的力-振动-噪声监测及预测系统的方法,其特征在于:所述声音校准器主要用于测试正式开始前对精密型声级计进行校准;所述精密型声级计固定在距离加工工件一定距离的三脚架上,用于实时采集工件在加工过程中产生的声压信号。
5.根据权利要求1所述一种基于湿铣削的力-振动-噪声监测及预测系统的方法,其特征在于:所述三向加速度传感器为压电式三向加速度传感器,所述压电式三向加速度传感器通过磁力座与位于机床工作台上的装夹工件的夹具平台固定连接,所述电荷放大器与三向加速度传感器连接,所述高速数据采集仪的输入接口与电荷放大器、精密型声级计连接,输出接口通过USB数据传输线与安装有声学与振动测量采集软件的计算机连接,用于实时进行声压级与振动的测量。
6.根据权利要求1所述一种基于湿铣削的力-振动-噪声监测及预测系统的方法,其特征在于:所述力传感器为压电式三向力传感器,所述力传感器固定在数控铣床的机床工作台上,所述力传感器通过专用数据线与三向力采集仪相连接,所述三向力采集仪通过专用数据线与安装有三向力采集软件的计算机相连接。
7.根据权利要求1所述一种基于湿铣削的力-振动-噪声监测及预测系统的方法,其特征在于,结合铣削参数与铣削力及铣削振动建立的噪声预测模型如下所示:LRMS=M+A1v+A2vf+A3ap+A4aRMSx+A5aRMSy+A6aRMSz+A7FRMSx+A8FRMSy+A9FRMSz+B1v*v+B2vf*vf+B3ap*ap+B4aRMSx*aRMSx+B5aRMSy*aRMSy+B6aRMSz*aRMSz+B7FRMSx*FRMSx+B8FRMSy*FRMSy+B9FRMSz*FRMSz+B10v*vf+B11v*ap+B12v*aRMSx+B13v*aRMSy+B14v*aRMSz+B15v*FRMSx+B16v*FRMSy+B17v*FRMSz+B18vf*ap+B19vf*aRMSx+B20vf*aRMSy+B21vf*aRMSz+B22vf*FRMSx+B23vf*FRMSy+B24vf*FRMSz+B25ap*aRMSx+B26ap*aRMSy+B27ap*aRMSz+B28ap*FRMSx+B29ap*FRMSy+B30ap*FRMSz+B31aRMSx*aRMSy+B32aRMSx*aRMSz+B33aRMSx*FRMSx+B34aRMSx*FRMSy+B35aRMSx*FRMSz+B36aRMSy*aRMSz+B37aRMSy*FRMSx+B38aRMSy*FRMSy+B39aRMSy*FRMSz+B40aRMSz*FRMSx+B41aRMSz*FRMSy+B42aRMSz*FRMSz+B43FRMSx*FRMSy+B44FRMSx*FRMSz+B45FRMSy*FRMSz (4)式中,LRMS为铣削噪声声压级,v为铣削速度,ap为铣削深度,vf为进给速度,FRMSx、FRMSy、FRMSz分别为x、y、z方向的铣削力,aRMSx、aRMSy、aRMSz分别为x、y、z方向的振动加速度,M,An,n∈[1,9],Bm,m∈[1,45]均为待求系数。
8.根据权利要求1所述一种基于湿铣削的力-振动-噪声监测及预测系统的方法,其特征在于:基于该系统的方法还包括:基于试验数据和灰色关联度分析法,分别分析干铣削和湿铣削中力、振动及噪声关于加工参数的相关性。