基于动态特性和小波包的铣削颤振识别

在金属铣削尤其是低刚度工件加工过程中,颤振是影响工件表面质量、加工效率和刀具寿命等的关键因素。为了避免加工产生的颤振,从信号处理的角度出发,提出了一种基于系统动态特性和小波包的铣削颤振识别方法。通过模态实验获取系统的模态参数,依据颤振频率在系统固有频率附近会出现峰值的特点,采用小波包对原始切削力信号进行分解,然后选取包含丰富颤振信息的频段进行重构,最后对比和分析铣削力信号时频谱图和希尔伯特频谱,实现颤振识别,并对所提出的方法进行了实验验证。结果表明,所提出的方法具有有效性和可靠性。     

铣削颤振过程非线性振动特性的在线分析

为了分析铣削颤振过程的非线性动力学行为特性,首先基于工件振动信号的相位差、最大李雅谱诺夫指数、排列熵等,分析变切深铣削过程中平稳铣削振动信号、颤振孕育振动信号和颤振振动信号的的非线性特征。然后基于虚拟仪器平台开发了铣削振动信号的采集与分析系统,进行在线预报铣削颤振实验。试验结果表明,振动信号的相位特征可以有效检测铣削颤振,但不能有效预报切削颤振孕育;在铣削颤振不同阶段,振动信号的李雅谱诺夫指数的敏感程度不同,排列熵的阈值也不同。这样,相位差特征和混沌特征可以同时作为识别颤振孕育、发生的有效手段。     

铣削稳定性预测的时间有限元法

为减小切削颤振对加工的影响,提出一种时间有限元预测法来预测铣削稳定性。将动态切削颤振模型简化为一阶时滞微分方程组,基于时间有限元法及Floquet原理预测动态铣削过程的稳定性极限。对该方法的预测值与Insperger提出的时域半离散法的预测值进行比较可知,该方法能有效地预测动态铣削稳定性,并利用一组实验证实了该方法的正确性。采用该方法选择铣削参数可以有效降低切削颤振对加工过程的影响,对提高铣削加工效率和加工质量有重要意义。     

铣削颤振特征提取的小波包和主成分分析方法

设计用振动信号来监控加工过程。提出了一种基于小波包变换的颤振特征提取方法,通过所提取的特征小波包来反映加工过程中的颤振信息。在此基础上,基于主成分分析方法对特征小波包进行重构,由主成份得分（累积贡献率）来评价重构特征,并实现了重构特征自动提取,更进一步给出了重构特征总体的统一构造形式,并基于欧氏距离法,建立了颤振的诊断模型。通过对铣削加工过程中的颤振识别,验证了文中提出的方法的可行性。     

PCBN可转位面铣刀动态铣削力研究

针对面铣刀铣削加工的特点,建立了单齿和多齿铣削力模型,据此研究了铣削时刀具所受的动态载荷,并对动态铣削力的频谱进行了分析.分析结果表明:铣刀齿数大于2且为偶数时,在工作平面内对机械机构不产生激励;根据不同被加工材料,适当改变刀具前角可以减小铣削力.     

钛合金薄壁件铣削过程稳定域预测及验证

铣削过程中颤振的产生会导致切削力的幅值增大且波动加剧,进而使得工件的已加工表面质量降低。针对此问题,首先依据颤振稳定性解析算法,建立钛合金Ti6Al4V薄壁件铣削过程的动态铣削系统,得出稳定性叶瓣图;然后,采用有限元仿真与试验相结合的方式进行验证,结果显示稳定性分析结果与试验和有限元仿真结果具有很好的一致性,验证了叶瓣图的正确性。研究结果可以为钛合金薄壁件铣削加工提供理论基础,并设置合理的加工参数来避免颤振的产生,为钛合金薄壁件铣削加工提供理论依据及技术指导。     

超声振动铣削碳纤维复合材料铣削力的试验研究

采用多因素正交试验法对碳纤维复合材料进行超声铣削和普通铣削的加工试验,研究了在不同切削参数下该材料铣削力的变化规律,使用Kistler测力仪对本试验进行测量,得到了铣削速度、每齿进给量、切削深度对铣削力的影响规律.研究结果表明:随着铣削速度、每齿进给量、铣削深度的增加,两种铣削方式下的铣削力都随之增加,但超声铣削产生的铣削力低于普通铣削产生的铣削力.     

铣削过程的计算机仿真及试验研究

介绍了铣削过程的理论建模方法和铣削过程稳定性试验分析方法。通过所建理论模型及铣削试验讨论了铣削过程中强迫振动、颤振的产生条件及特点。同时,理论与试验分析表明强迫振动随切削速度的增加而增强,颤振随切削速度变化具有一定的周期性;稳定铣削过程振动能量的分布主要集中在刀齿通过率及其整数倍频率处,发生铣削颤振时振动能量分布主要集中在系统低阶固有频率附近。     

基于工控机的石材铣削力测量系统

目的研究金刚石圆柱铣刀铣削石材的铣削力,建立基于工控机的石材铣削力测量系统．方法通过对金刚石圆柱铣刀铣削石材的受力分析,建立了金刚石铣刀铣削力的数学模型．结合测力指标构建了石材铣削力自动测量系统的硬件实验装置,给出了软件开发过程中数据采集关键环节的解决方法．结果利用该系统对石材铣削力3个分力进行了实际测量,获得了可靠的铣削力数据,实现了测量数据的实时采集、曲线绘制和数据管理．结论石材铣削力自动测量的实现,为进一步研究金刚石刀具的磨损特性、石材的切削性和加工工艺参数的优化等提供了理论依据．     

薄壁件铣削加工颤振的图像特征提取与识别

目前,针对薄壁件铣削加工过程中的颤振识别问题,普遍采用传感器信号进行判别与预测,而没有建立颤振特征与加工表面的相关联系.本文利用图像处理与模式识别技术,通过铣削表面图像实现薄壁件加工状态的精确辨识与预测.首先,设计了混合滤波方案,实现了采集图像的预处理;然后,通过改进的局部二值模式和灰度共生矩阵提取图像的颤振纹理特征,...     

基于多感知信息的数控铣削过程智能控制

首次提出基于多感知信息的数控铣削过程智能控制方法．首先,使用分频采样技术,从测力仪分别采集代表铣削力和振动的信息．其次,依据铣削力信号,用模糊逻辑控制,通过改变进给速度实现恒力加工;同时由振动信号的功率谱判断有无颤振发生,并在颤振发生时辨识主振频率,计算最优主轴转速,进而达到实时抑制再生颤振的目的,最后提出试验方案,并实际验证所提方法的可行性．     

薄壁零件高速铣削振动影响因素研究

铣削振动埘薄壁零件的加工过程有很人的影响.进行了薄壁件动态特性分析工艺试验,在不同走刀顺序、小同切削参数下进行了振动位移动态信号分析,对试验结果进行了讨论;研究了几种切削参数对薄壁零件加工颤振的影响,通过对比,得到了系列有益的结论:为了保证薄壁零件加工过程的平稳和加工质量,应采用火径向切深、小轴向切深的切削方式、选择合适的每齿进给量和切削速度等,为进一步研究薄壁件切削加工动态特性、进行切削参数优选奠定了基础.     

基于Rényi熵的铣削过程稳定性预测研究

颤振现象会严重制约铣削加工的质量与效率.为实现无颤振高效铣削,提出了一种基于Rényi熵的铣削过程稳定性时域预测方法.即先用变步长龙格-库塔法求解铣削动力学微分方程,获得振动位移、切削力等时域信号;再计算仿真时域信号的Rényi熵并依据设定的颤振阈值确定给定切削条件的铣削稳定性.将仿真得到的稳定性叶瓣图与颤振验证试验结...     

基于铣削力突变的拼接模具硬态铣削工艺优化

针对刀具磨损过快和加工稳定性下降的问题,进行了淬硬钢Cr12MoV拼接模具铣削过程中铣削参数和路径优化的研究.通过试验研究揭示了刀具铣削方向、切削速度、进给速度及切削深度对拼接处铣削力突变的影响规律,并借助多因素试验得到了铣削条件对铣削力突变影响的主次因素.为降低铣削力突变对铣削过程的影响,以铣削力突变最小为目标进行了正交试验研究,并在此基础上得到了优化后的铣削参数组合.研究成果可为拼接模具铣削工艺优化提供有意义的参考.     

基于分形维理论的铣削振动特性实验研究

铣削加工属复杂非线性过程,其振动特性直接影响加工工件的表面粗糙度.文章以分形维理论为实验理论依据,计算工件振动信号的关联维数和盒维数,研究铣削加工振动特性.实验结果表明,铣削振动是一种混沌运动,振动信号具有分形特征;选择合适嵌入维数计算得出的关联维数反映工件表面粗糙度真实特征,关联维数可以作为检测表面粗糙度的一个特征参量;盒维数分布在很小范围内,表明铣削参数调整对工件振动的高频特性影响不大.     

变工况3维铣削稳定性预报方法研究

传统铣削稳定性预报大多仅针对切削宽度恒定的定工况,其结果并不适用于在切宽具有时变特征的变工况下指导选取无颤振铣削工艺参数。为此,以再生型铣削颤振机理为理论基础,通过推导基于时变径向切削宽度的刀齿切入/切出角,并综合考虑切削过程阻尼与刀尖点动力学行为非对称性,构建变工况二自由度铣削动力学模型;进而,在由转速、轴向切深、径向切宽所创成的变工况三维空间内,借助时域全离散方法对动力学模型稳定性进行判定,并绘制三维稳定性叶瓣曲面,从而形成一套针对变工况的三维铣削稳定性预报方法体系。以某型立式加工中心为平台,通过实施典型变工况铣削实验,对所提三维稳定性预报方法进行验证。数据对比分析表明,所提方法能较准确地预报变工况下稳定极限铣削工艺参数,与实测数据相比,其最大相对误差为5.9%。以该预报结果作为边界约束条件,有利于实现面向最大金属去除率的铣削工艺参数优化。     

薄壁零件的切削颤振研究进展

刀具与工件之间的颤振,一直是学术界和工程界的研究热点。薄壁结构零件由于自身结构特点,在加工过程中极易发生变形和切削颤振,这对提高加工质量和加工效率十分不利。回顾切削颤振的机理研究历史,尤其是铣削加工稳定性的机理、动力学模型以及薄壁结构零件铣削颤振的研究情况,并综合介绍国内外在颤振预报与控制方面的研究进展,为最终实现减小或消除加工颤振的研究目的提供有益的参考。     

高速铣削智能监测系统研究

针对目前加工状态监测系统存在的依赖系统事先的"教学"或"训练"过程的问题,在对刀具磨损规律分析的基础上,提出一种针对高速加工的智能化实时刀具状态监测系统.引入自学习能力使该系统初步具备了智能性,自动进行不同刀具状态的识别和磨损程度的估计,较大程度上摆脱了对系统"教学"或"训练"过程的依赖.运用离散小波分解技术对铣削过程中的三向切削力信号进行时域以及各子频段的能量和变动特征的提取,并利用分析技术进行特征筛选.基于两个嵌套的循环运行过程构建了监测系统,进行特征量的线性拟合和马氏距离计算.高速铣削试验证明了所提出的智能刀具状态监测系统的有效性.     

涡旋曲面铣削加工工艺改进

涡旋线是一种曲率在时刻变化的复杂曲线,涡旋面铣削加工中,动态前后角、切削层厚度(切深)以及切削力都随之变化,如果切削用量设计不当,将使动态切削状态恶化,严重降低刀具寿命,影响加工效率,这些影响切削性能的因素都与进给量直接有关。当曲率增大,切深加大,动态后角变小,以及切削力增加,这种现象明显地表现在涡旋曲线接近中心的部位,往往导致刀具急剧磨损以致断裂,严重影响生产率。因此涡旋曲面铣削加工进给率计算必须考虑其曲率的变化,但通常是根据经验按曲率的变化分段安排进给率,不是以精确计算为依据。为了改进涡旋曲面铣削加工工艺,本文工作结合涡旋压缩机主体涡旋盘常用的涡旋线建立数学模型,计算单位时间进给的切削层厚度,提出进给率优化方法,并利用Weilenmann方法计算相应的切削力,参照工艺性和经济性的要求、改善现行的涡旋加工工艺。