基于键合理论的轴加工在线测量系统动态特性优化

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1、１０２工具技术基于键合理论的轴加工在线测量系统动态特性优化曹薇广东水利电力职业技术学院摘要：介绍了检测原理及检测公式，设计了一种轴加工直径、圆度和直线度的在线检测系统。基于键合理论对测量系统建立了键合模型及状态方程，并对其动态特性进行优化。结果表明，系统拉簧刚度Ｋ＝６３１．２Ｎ／ｍ时，系统的单位脉冲响应和单位阶跃响应的上升时间ｔｒ、峰值时间ｔｐ和调整时间ｔｓ较短，超调量适中，是系统的理想状态。关键词：键合理论；轴加工；在线测量；动态特性；优化中图分类号：ＴＧ８７；ＴＨ１６１文献标志码：ＡＢｏｎｄｉｎｇｔｈｅｏ

2、ｒｙｂａｓｅｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｆｏｒＤｙｎａｍｉｃＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＯｎｌｉｎｅＳｈａｆｔＭｅａｓｕｒｉｎｇＳｙｓｔｅｍＣａｏＷｅｉＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎｏｎｌｉｎｅｓｙｓｔｅｍｆｏｒｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｄｉａｍｅｔｅｒ，ｒｏｕｎｄｎｅｓｓａｎｄｓｔｒａｉｇｈｔｎｅｓｓｏｆｓｈａｆｔｓｂｅｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｄｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ａｎｄｉｔｓｐｒｉｎｃｉｐｌｅａｎｄｔｈｅｒｅｌｅｖａｎｔｆｏｒｍｕｌａａｒｅａｌｓｏｐｕｔｆｏｒｗａｒｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｂｏｎｄｉｎｇｔｈｅｏｒ

3、ｙ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍ’ｓｂｏｎｄｉｎｇｍｏｄｅｌａｎｄｓｔａｔｅｅｑｕａｔｉｏｎａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｉｔｓｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｒｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．ＲｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓＫｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍ’ｓｔｅｎｓｉｏｎｓｐｒｉｎｇｅｑｕａｌｓ６３１．２Ｎ／ｍ，ｔｈｅｒｉｓｅｔｉｍｅｔｒ，ｐｅａｋｔｉｍｅｔｐａｎｄａｄｊｕｓｔｍｅｎｔｔｉｍｅｔｓｏｆｕｎｉｔｉｍｐｕｌｓｅａｎｄｓｔｅｐｒｅｓｐｏｎｓｅｓａｒｅｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｓｈｏ

4、ｒｔ，ａｎｄｔｈｅｏｖｅｒｓｈｏｏｔｉｓｍｏｄｅｒａｔｅ，ｉｎｄｉｃａｔｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓｉｎｉｔｓｍｏｓｔｉｄｅａｌｓｔａｔｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｂｏｎｄｉｎｇｔｈｅｏｒｙ；ｓｈａｆｔｍａｃｈｉｎｉｎｇ；ｏｎｌｉｎｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ；ｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ在加工轴类零件时，测头在拉簧的作用下与工件表!引言面可靠接触，杠杆中安装有多组传感器，图２是其布轴的直径、圆度和直线度是轴加工测量中的三置简图。多组传感器可以同时测量轴类零件表面的项基本参

5、数，也是同轴度、垂直度和平面度等几何测多个截面信息，并将信息传入计算机进行处理。量的基础。轴加工参数的测量方法主要包括接触法测量和非接触法测量两大类。接触法测量利用专业测量工具或设计工装进行手动测量，虽然测量直观、测量精度高，但测量效率较低，不适合在线测量；非接触法测量主要利用视觉、超声波、激光等传感器感应测量，测量速度快、效率高，但其测量精确性受传感器精度和标定精度等因素影响。１．安装支架２．杠杆３．拉簧４．传感器本文针对轴加工在线测量难度大、测量精度不高图１轴加工在线测量系统结构和测量效率低的问题，设计了一

6、种轴加工在线测量系统。该系统利用杠杆原理进行接触式测量，在杠杆中安装多传感器进行在线测量，并利用计算机实时处理数据，具有测量精度高和测量效率高等优点。１．机床顶针２．轴３．传感器图２轴加工在线测量系统传感器布置"系统结构#测量原理轴加工在线测量系统为接触式测量，系统结构，主要由测头、杠杆、拉簧和传感器等组成（见图１）。#!直径及圆度测量原理本系统采用两点法测量直径及圆度。基金项目：国家重点研发计划项目（２０１６ＹＦＣ０１０４９０１）；广东水利电首先进行测量系统标定。设标准轴的公称直径力职业技术学院创新强校工程

7、自主创新能力提升类项目资助为Ｄ，两个传感器的标定结果为ΔＲ和ΔＲ，则这（０５０１１７）０１０２０收稿日期：２０１６年８月两个传感器之间的标定距离为２０１７年第５１卷Ｎｏ．４１０３ＡＢ＝Ｄ０＋ΔＲ１０＋ΔＲ２０（１）其次进行实际测量。当被测量轴直径为Ｄ１时，两个传感器的测量结果为ΔＲ１和ΔＲ２，则被测轴直径Ｄ１为Ｄ１＝ＡＢ－ΔＲ１－ΔＲ２（２）被测量件和标准件之间的偏差为图３测量系统键合模型ΔＤ＝Ｄ０－Ｄ１＝ΔＲ１＋ΔＲ２－（ΔＲ１０＋ΔＲ２０）（３）图中，ｅ和ｆ为广义的势变量和流变量，ｐ为动最后进行误差判定。当

8、５组传感器的测量结果量变量，Ｉ１为杠杆上半部分集中质量，Ｉ３为杠杆下半ΔＤ同时满足要求时，认定工件圆度合格；否则认定部集中质量，Ｒ２为中心轴承阻尼，Ｃ４为拉簧３的线为不合格。ｌ３#"直线度测量原理性柔度系数。变换器ＴＦ的模数ｍ＝，势源为Ｓｆ。ｌ２采用杠杆法测量直线度，利用测量杠杆感知轴根据上述键合模型建立系统的状态方程。选取截面圆心位置的变化，应用传感器对圆心位置数据Ｔ系统状态变量Ｘ