1.一种智能滚压刀具系统,其特征在于,该系统包括智能滚压刀具和加工工件表面粗糙度变化的在线感知装置;
所述智能滚压刀具包括滚压刀头、智能滚压刀柄和激光位移传感器;所述滚压刀头通过其滚压刀架安装在智能滚压刀柄上;
所述智能滚压刀柄包括振动信号感知测量段、切削力感知测量段和与切削力感知测量段连接的刀柄夹持段;所述振动信号感知测量段基于振动感知芯片测量振动信号;所述切削力感知测量段基于压电石英晶组测量切削力信号;所述激光位移传感器安装在振动信号感知测量段;
所述加工工件表面粗糙度变化的在线感知装置用于获取切削力信号,计算切削系数,重构相空间,对相空间中的每一对点计算满足距离阈值的点对数占总点对数的比例得到关联积分,对关联积分和距离阈值进行线性拟合得到切削系数的关联维数;计算步骤如下:
1)利用互信息法计算延迟时间,利用虚假临近点法计算最佳嵌入维数;
2)重构相空间:基于已知的时间延迟和最佳嵌入维数,重构一维时间序列得到重构矩阵;
3)计算关联积分C(r):首先,选择一系列的距离阈值r;若以r为半径的体积元包含相空间中所有相点,C(r)值为1;若以r为半径的体积元不存在任何相点,C(r)值为0;其次,对于相空间中的每一对点,计算它们之间的欧式距离;最后,计算对于每个距离阈值r,距离小于r的点对数占总点对数的比例:;
式中,Xi、Xj为相空间中的点;N为相空间中点的个数;H(·)是Heaviside阶跃函数;
4)计算关联维数:对每个距离阈值r和关联积分C(r)取对数进行线性拟合,最后计算拟合直线的斜率,得到切削系数的关联维数;根据关联维数和滚压加工后工件表面的面均方根高度关系,判断加工过程中的工件表面粗糙度的变化情况。
2.根据权利要求1所述的一种智能滚压刀具系统,其特征在于,所述滚压刀头包括球头端盖、滚压球头、滚压刀架和滚动球;所述滚压刀架为圆柱头螺栓结构,前端为圆柱结构,后端为螺杆结构;所述圆柱前端设有一个半球体凹腔;所述半球体凹腔内设有所述滚动球的定位槽;所述半球体凹腔下设有一环形储油腔,所述半球体凹腔和所述环形储油腔之间设有环形导油槽;所述环形储油腔下端设有一加油孔;所述滚压球头和滚动球通过所述球头端盖安装在所述半球体凹腔内;所述球头端盖与所述滚压刀架为螺纹连接;所述滚压刀架后端通过螺杆结构安装固定在所述智能滚压刀柄上。
3.根据权利要求1所述的一种智能滚压刀具系统,其特征在于,所述振动信号感知测量段包括振动信号感知构件载体和振动信号感知构件;所述振动信号感知构件载体为截面为正方形的长方体,侧面设有L型通槽;所述振动信号感知构件包括振动信号感知单元载体和振动信号感知单元;所述振动信号感知单元载体形状为L型,安装在振动信号感知构件载体L型通槽内,振动信号感知单元载体长端内表面设有一凹腔,用来放置所述振动信号感知单元;所述振动信号感知单元包括电路板和振动感知芯片。
4.根据权利要求1所述的一种智能滚压刀具系统,其特征在于,所述切削力感知测量段包括切削力感知单元载体和切削力感知单元;所述切削力感知单元载体为截面为正方形的长方体,截面设有一凹腔,用来放置所述切削力感知单元;所述切削力感知单元由压电石英晶组组成。
5.根据权利要求4所述的一种智能滚压刀具系统,其特征在于,所述切削力感知单元为六片压电石英晶片,将晶片两两对装组成三组晶组置于所述切削力感知单元载体的凹腔内,在每个晶组的两个晶片之间放置一电极片,通过电极片来收集由于应力作用在晶片上产生的电荷。
6.根据权利要求5所述的一种智能滚压刀具系统,其特征在于,所述切削力感知单元使用三组石英晶组,包括一组X0°切型晶组以及两组Y0°切型晶组,单元晶组力敏感方向两两垂直;其中,凭借X0°切型晶组的拉压效应实现滚压智能刀具轴向拉压力的测量,凭借Y0°晶组的剪切效应实现智能滚压刀具滚压加工时切向剪切力的测量。
7.根据权利要求3所述的一种智能滚压刀具系统,其特征在于,所述切削力感知测量段还包括切削力感知单元端盖,所述削力感知单元端盖与所述压电石英晶片直接接触,通过螺栓对所述压电石英晶片和所述振动信号感知单元载体施加预紧力实现对切削力感知单元端盖的安装。
8.根据权利要求1所述的一种智能滚压刀具系统,其特征在于,所述激光位移传感器用于测量激光测头与被测工件曲面的间距,保持滚压过程中滚压球压入工件表面的深度不变。