面向数控机床运行状态的切削稳定性预测研究

切削加工过程中出现的颤振失稳现象,是限制机床加工质量和加工效率的主要因素。传统切削稳定性预测模型大多基于机床静止状态下的动力学特性,并采用恒定的切削力系数表征不同的切削条件。但在加工过程中,系统动力学特性和切削力系数会随着主轴转速等影响因素而变化,导致预测的切削稳定性叶瓣图在实际工程运用中出现偏差。针对机床运行状态下切削稳定性的准确预测问题,提出一种切削稳定性叶瓣图修正方法。该方法以刀具系统动力学特性与切削力系数为研究对象,首先建立主轴转速样本信息,将考虑转速效应的主轴轴承运行刚度写入机床有限元模型中,获取刀尖频率响应函数及其对应的各阶模态参数,以此结合模态拟合法和插值算法重构任意转速下的刀尖频响函数,同时以各切削参数为变量构建切削力系数响应面预测模型,进而将与转速对应的刀尖频率响应函数和不同切削条件下的切削力系数作为传统切削稳定性预测模型的输入,并通过结合自适应粒子群算法共同求解各转速下的极限切削深度,从而在全转速范围内绘制切削稳定性叶瓣图。将该方法应用于1台3轴立式加工中心的实际工序中,采用多组预测的无颤振切削参数进行切削实验,并通过切削力信号的频谱分析判定切削过程中未出现颤振,验证了稳定性叶瓣图修正方法的有效性,为无颤振切削参数的合理选择奠定了技术支持。     

利用电流变液阻尼器改变切削系统特性的研究

为了进一步对先前研制的一种基于电流变液阻尼器的切削颤振抑制结构进行系统的研究,对其静态和动态特性进行了实验和理论研究。结果证明,这种结构可以显著改变车刀刀杆的固有频率、阻尼性能等动态特性和静态特性,在零电场下刀杆的静柔度约0.5μm/N,电场强度为1.5kV/mm时减小到约0.3μm/N,2kV/mm时减小到约0.2μm/N;在零电场时刀杆的加载和卸载曲线是大致重合的,近似一纯弹性体;而在电场强度为1.5kV/mm和2kV/mm时加载与卸载曲线包绕的面积都明显增大;刀杆的阻尼比在3kV/mm时为0.05127,而1.5kV/mm和0kV/mm时分别为0.02882和0.02163。动柔度曲线显示:随着电场强度的增大,结构的阻尼比增大,共振峰值减小。利用这种结构具有可控动态性能这一优点,可以在线对机床车削振动进行有效控制。     

机床颤振信号互谱特性分析

从频谱分析理论和机床颤振的特性出发,在大量试验基础上分析了车削加工系统从平稳切削,经过渡过程到颤振中各种颤振信号之间的互谱特性。着重分析了互谱密度函数中的实部(共谱)、虚部(重谱)以及主频带上的相位差在颤振发展过程中的特征变化。并在此基础上提出了一种新的机床颤振预兆判别的特征量。     

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．     

Experimental study on chatter of micro-miniature turn-milling

A chatter experiment of micro-miniature turn-milling was carried out in this paper. In or- der to reduce the effect that the natural frequencies of workpieces brought to the chatter experiments of micro-miniature turn-milling, both positive and negative cone-shape workpieces were used . The chatter frequency of micro-miniature turn-milling process was obtained by the sampling and analyzing systems. Then by applying excitation experiments to the workpiece system and tool system respec- tively, the natural frequencies of these two systems were obtained. By comparing chatter frequency of micro-miniature turn-milling process with the natural frequencies of workpiece system and tool system, we found that chatter frequency of micro-miniature turn-milUng was close to the natural fre- quency of the low stiffness vibration body in the machine tool system. The funding could be useful for optimizing the structure of machine-tool and designing the machining process.     

再生颤振的在线控制原理与仿真

通过研究再生颤振机理,提出再生颤振在线控制的新方法。首先对颤振信号作快速傅立叶变换,由功率谱得到颤振频率;然后根据颤振系统与切削周期的能量关系,计算出最优相位差及相应的切削周期;最后通过调整主轴转速达到抑制颤振的目的,计算机仿真表明了此方法的可行性。     

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,构建变工况两自由度铣削动力学模型;进而,在由转速、轴向切深、径...     

机械加工工艺系统振动与新型阻尼镗杆

机械加工工艺系统的振动是不可避免的,产生振动的因素很多,但可以通过减振和消振措施进行改善.推荐一种能防止镗刀杆弯曲和具有减振效果的轻型刀头的阻尼镗杆,它可大大提高切削效率和加工质量、减少换刀次数和节约工具成本.     

动态切削力解析模型的研究

在动态切削时，动态切削力解析模型是由切削力变量的合力推导的．动态切削力可以用静态切削系数或动态切削系数来表示，这两种系数都可由穗态切削数据来确定。本文验证了提出的模型，颤振分析是在一个两自由度的切削系统中进行的，并证明了从理论上预测的稳定性极限与由试验获得的极限切削宽度完全一致。     

Implementation of remote monitoring system for prediction of tool wear and failure using ART2

Remote monitoring of tools for prediction of tool wear in cutting processes was considered, and a method of implementation of a remote-monitoring system previously developed was proposed. Sensor signals were received and tool wear was predicted in the local system using an ART2 algorithm, while the monitoring result was transferred to the remote system via internet. The monitoring system was installed at an on-site machine tool for monitoring three kinds of tools cutting titanium alloys, and the tool wear was evaluated on the basis of vigilances, similarities between vibration signals received and the normal patterns previously trained. A number of experiments were carried out to evaluate the performance of the proposed system, and the results show that the wears of finishing-cut tools are successfully detected when the moving average vigilance becomes lower than the critical vigilance, thus the appropriate tool replacement time is notified before the breakage.     

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。     

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。     

柔性航天器大角度机动闭环开关序列控制

针对柔性航天器大角度姿态机动时柔性附件的振动抑制问题,提出了一种闭环脉冲序列控制方法．该方法利用姿态角和角速度作为反馈信号,分别使用喷气推力器、反作用飞轮完成姿态的粗、精控制,以实现航天器的快速大角度机动;同时,为实现平稳的机动过程,设计成形的喷气开关控制指令,以避免机动过程中推力器激起柔性结构的持续振动．全物理实验结...     

实现机床颤振早期诊断的一个新的特征量

本文通过大量试验信号的互谱分析,找出了颤振建立过程中切削力和振动加速度信号互谱的特征变化:主频带的移动及其相位差的变化.然后,基于互谱与互相关函数的关系.分析了一步互相关系数的变化与互谱上述两种特征变化的内在联系.从而可将一步互相关系数作为机床颤振早期诊断的一个特征量.试验结果表明,该特征量是有效的.     

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果进行对比,验证了所提出预测方法的正确性。     

基于NN与GA的曲面加工适应学习控制研究

提出了适用于曲面加工条件的适应学习控制方法,在回避加工振动的前提下以实现高效效率加工为目的,将遗传算法（GA）的优化机能与神经网络（NN）的学习机能相融合,建立了由开放式CNC加工机床,多维传感器,实时控制器,学习模型及优化模型组成的曲面加工适应学习控制系统、切削实验结果表明所提出的加工条件适应控制系统可有效地抑制曲面切削振动,提高了切削加工效率。     

图像智能化的目标检测技术(Ⅲ)--优化聚类与特征提取

探讨了作为自适应图像目标检测技术层次化数据处理流程的中层聚类和末端识别模块,给出了具体应用的几种实现算法.为加快背景抑制中全局优化聚类分割门限的求解速率,利用最优化计算理论,设计了有效平均梯度剪切的快速操作方法.在特征识别中,结合目标的形态结构研究了保持形状特性的多结构元组合滤波算法.     

描述车削颤振过程的数学模型

本文从车削的特点出发。根据颤振理论,分析了三维动态车削中影响颤振的主要因素,提出了描述车削颤振的适应性建模方向并建立了动态车削过程的非线性数学模型。本文所建模型反映出的有关车削颇振的规律性与车削颤振实验结果取得了良好的一致性,为阐明车削颤振机理及其在线监控提供了理论依据。     

同时考虑刀具和工件子系统参数影响的再生颤振

力学与切削速度垂直的平面中发生再生型颤振,进行了研究．将工件子系统和刀具子系统简化为单自由度模型,建立了切削系统的传递函数分析模型,并计算分析了切削系统的各参数对颤振稳定性阈限的影响,提出了相应的改善切削加工稳定性的措施．     

超声振动铣削运动学及其对切削力的影响

为了改善微细铣削的加工条件,研究了利用超声振动辅助微细铣削对切削力的影响.基于对刀具轨迹的运动学分析,讨论了利用超声振动辅助微细铣削时实现刀具-工件分离的必要参数条件,以2A12为实验工件材料,通过超声振子带动工件沿进给方向进行超声振动,并采用多组参数进行了铣槽实验.实验结果分析表明,采用合理的切削及振动参数配比,进给方向超声振动辅助微细铣削可改变刀具-工件的相对运动方式,实现分离型断续铣削,可获得近似脉冲状切削力并有效减小切削力的均值,选择合理的振幅可明显减小进给方向切削分力峰值.