基于似然比检验原理的机床切削颤振早期监测

根据似然比检验原理提出了一种新的机床切削颤振监测统计量，能识别切削过程中产生的信噪比为０．１５的微弱振动成份。文章还就颤振监测工作特性、颤振监测门限值设置等有关问题进行了分析讨论。颤振监测考证试验在一台数控车床上进行。     

机床颤振的早期诊断与在线监控

本文基于大量试验,分析了在切削从平稳走向失稳的过渡过程中,机床振动的加速度信号的特征变化,并引入几个特征量和模式向量平面来描述这些特征变化,以实现颤振的早期诊断.根据所建立的机床颤振的非线性理论及模型,讨论了颤振振幅与切削用量的关系,并制定了颤振的在线控制策略. 根据以上结果,把早期诊断与在线控制有机地联在一起,建立了颤振的在线监控试验系统.大量试验表明,机床颤振的早期诊断与在线监控这一技术思想是切实可行的.     

在线自寻优控制机床主轴转速的研究

以机床主轴前后两转切削振动的相位差ψ为寻优参数，对机床主轴转速进行在线自寻优控制，使切削过程总能在稳定区进行。试验结果表明，本文提出的在线自寻优控制机床主轴转速的方法对切削颤振有很好的控制作用，具有良好的生产应用前景。     

切削颤振过渡过程的特征抽取

本文首先就如何选取切削颤振过渡过程的特征信号进行评述，然后分析了过渡过程中动态切力信号的概率密度变化特征，为准确地对切削颤振进行在线监测提供了一条新途径。     

机械颤振的在线预报控制

本文讨论了利用微机对机床颤振进行在线预报控制的机理。介绍了用DDS(Dynamic Data System)方法,在时域内分析机床系统的动态特性。文中重点讨论了通过拾取机床的颤振信号,建立DDS模型(AR或ARMA),进而利用DDS模型判别机床动态稳定性,预测颤振的方法,指出机床发生颤振的条件,根据颤振的条件,用微机对机床进行预报控制。从而实现无颤械切削控制。     

切削颤振的相位特性研究

基于切削颤振动力学模型，分析了切]削颤振的相位特性－工件前后两转切削颤振信号间相位差在颤振建立过程中的变化特征。结果表明，随着颤振的产生，该相位差由无序状态逐渐过渡到相对稳定的状态，并且相位差在颤振产生初期就已经相对稳定。同时对相位差的在线测试方法也进行了深入的研究。结果表明，利用等工件转角间隔采样通过互功率谱密度方法可以实现相位差的精确在线测试。最后对切削颤振的相位特性进行了试验考证。     

数控机床切削稳定性分析及实验研究

针对因机床结构的复杂性及零件加工轨迹不确定性,刀尖频响函数切削中难以保持恒定易造成稳定域图变化,导致机床切削参数选择不确定性问题,结合模态实验分别研究数控机床沿不同进给方向及机床主轴处于不同位置的颤振稳定域图预测;对同型号两台数控机床的切削稳定性进行对比分析。由实验采集切削中声音信号验证机床沿不同进给方向的切削稳定性存在差别。研究结果对实际加工中避免切削颤振及工艺参数选择具有指导意义。     

切削过程再生颤振的模糊稳定性分析

在机床切削颤振分析中首次考虑了模糊不确定性因素的影响，利用模糊数学分析方法详细论述了切削过程再生颤振的模糊稳定性分析问题，给出了模糊稳定性极限切削宽度集合的可能性分布及其置信区间表达式，最后依据本文的理论分析，经计算机编程绘制了模糊稳定性图     

机床切割加工颤振的研究

在机床切削加工过程中,由于系统内部激发及反馈的相互作用,工件和刀具之间常常会发生强烈的振动,称为“颤振”。机床颤振会使加工过程变得不稳定,造成加工表面质量和金属切削率的下降,严重时甚至会破坏刀具和机床。因此,颤振成为提高机床加工能力的最主要障碍。对振动加以控制,掌握其规律是当面急需解决的难题。     

细长轴切削颤振的稳定性分析和实验研究

为了对细长轴的加工颤振进行稳定性研究,在对细长轴切削颤振机理的研究基础上,建立了刀具和细长轴耦合振动的两自由度系统的再生型颤振分析模型。利用解析法对时滞的动力学方程进行稳定性分析,得出了关于切削宽度和转速的稳定性切削极限图。从结果中可以得出两自由度系统的极限切削宽度比单自由度系统减小了28.6%。该成果可以为柔性零件的高效稳定加工提供理论切削参数。在车铣复合中心上进行了细长轴的切削颤振实验,通过与稳定性极限图的对比,发现实验结果与理论研究相吻合,并且总结出颤振发生前后刀具和细长轴的振动特性变化规律。这种振动特征的变化过程是对加工颤振进行监测和预警的重要识别指标     

基于动力学及切削特性耦合的数控机床结构设计

切削性能是评价数控机床好坏的重要指标之一,在结构设计阶段必须加以考虑。以提高实验室自主研发的立卧转换四轴联动数控机床的切削性能为目的,研究基于动力学特性与切削特性耦合的机床结构设计优化方法。首先结合切削加工中的颤振稳定域理论,通过实验获取机床刀尖频响函数和切削力系数,预测切削加工时的三维颤振稳定域图(主轴转速-切宽-切深)及颤振频率图(主轴转速-切宽-频率)。其次采用实验模态技术对整机进行结构动力学测试及分析,在获取可视化振型的基础上,分析引起机床发生颤振,并导致切削性能降低的结构设计上的缺陷。在此基础上,改进主轴头结构并比较刀尖频响函数,结果表明系统动刚度约增加28.2%,机床抵抗切削颤振的能力得到明显加强。     

变结构参数的车削颤振建模仿真及控制

针对车削加工中的颤振现象,设计一种车床横刀架的电流变减振装置。首先,根据机床的结构和工作原理,建立基于电流变减振装置的车削系统动力学模型,分析车削系统的阻尼比和刚度对车削稳定性的影响。然后,采用振动响应方差及自相关系数作为颤振预报的综合判据,开发具有在线监测及自适应控制功能的车削颤振神经网络控制系统。最后,进行基于电流变效应的车削颤振神经网络控制试验。结果表明,不同车削条件下,达到最佳减振效果的控制电压不同,该控制系统均可以有效地预报车削颤振并自适应调整控制电压,减小振动响应幅值,抑制车削颤振。     

Integrated approach for prediction of stability limits for machining with large volumes of material removal

High-speed machining of thin-walled structures is widely used in the aeronautical industry. Higher spindle speed and machining feed rate, combined with a greater depth of cut, increases the removal rate and with it, productivity. The combination of higher spindle speed and depth of cut makes instabilities (chatter) a far more significant concern. Chatter causes reduced surface quality and accelerated tool wear. Since chatter is so prevalent, traditional cutting parameters and processes are frequently rendered ineffective and inaccurate. For the machine tool to reach its full utility, the chatter vibrations must be identified and avoided. In order to avoid chatter and implement optimum cutting parameters, the machine tool including all components and the work piece must be dynamically mapped to identify vibration characteristics. The aim of the presented work is to develop a model for the prediction of stability limits as a function of process parameters. The model consists of experimentally measured vibration properties of the spindle-tool, and finite element calculations of the work piece in (three) different stages of the process. Commercial software packages used for integration into the model prove to accomplish demands for functionality and performance. A reference geometry that is typical for an aircraft detail is used for evaluation of the prediction methodology. In order to validate the model, the stability limits predicted by the use of numerical simulation are compared with the results based on the experimental work.     

滞后型切削颤振诊断技术的研究

着重讨论了滞后型切削颤振的诊断原理和诊断方法。理论分析和试验结果证明，滞后型切削颤振系统的稳定性和切削力信号Ｆｙ（ｔ）相对于振动加速度信号ｙ（ｔ）的相位差ρ存在某种一一对应的关系。因此，可以通过测量切削过程中切削力信号Ｆｙ（ｔ）相对于振动加速度信号ｙ（ｔ）的相位差ρ的大小来诊断生产现场中发生的颤振是否属于滞后型颤振。试验在普通车床上进行。     

机床切削颤振的非线性理论研究

由于机床结构结合面的动态特性常常表现为迟滞非线性特性,这种特性既包含了非线性刚度,又包含了非线性阻尼,因此,本文利用迟滞非线性建立了一个新的非线性颤振理论模型,利用等效线性化方法克服了解析分析上的困难,确定了该模型稳定性阈的近似解,获得了符合实际的三维稳定性图。通过对该稳定性图的分析,可以合理地分析及解释以往颤振理论所无法解释的种种颤振现象,例如颤振振幅稳定性现象、稳定性阈的分离现象、有限振幅不稳定性现象、微幅颤振现象以及双频颤振现象。     

A centre-manifold analysis of variable speed machining

The mathematical models representing chatter dynamics have been cast as differential equations with delay. The suppression of regenerative chatter by spindle speed variation is attracting increasing attention. In this paper, we study nonlinear delay differential equations with periodic delays which model the machine tool chatter with continuously modulated spindle speed. The explicit time-dependent delay terms, due to spindle speed modulation, are replaced by state-dependent delay terms by augmenting the original equations. The augmented system of equations is autonomous and has two pairs of pure imaginary eigenvalues without resonance. We make used to the centre-manifold reduction and the method of normal forms to determine the periodic solutions and analyse the tool motion. Analytical results show both modest increase of stability and existence of periodic solutions close to the new stability boundary.     

机床速度型切削颤振的非线性研究

本文建立了由刀架弹性子系统、工件弹性子系统在非线性动态切削力耦合下的多自由度非线性系统的速度型切削颤振理论模型,通过数值模拟显示,此系统存在内共振现象,从而解释了速度型切削颤振发生的振动机理。为解决切削颤振问题提供了一种新的技术途径。     

Prediction of machining chatter in milling based on dynamic FEM simulations of chip formation

Chatter vibration is a major obstacle in achieveing increased machining performance. In this research, a finite element model of chip formation in a 2D milling process is used to predict the occurrence of chatter vibrations, and to investigate the effects of various machining parameters on this phenomenon. The dynamic properties of the machine tool at the tool tip are obtained based on experimental modal analysis, and are used in the model as the cutter dynamics. The model allows for the natural development of vibration as the result of the chiptool engagement, and accounts for various phenomena that occur at the chip-tool interface ultimately leading to stable or unstable cutting. The model was used to demonstrate the effects of the machining parameters, such as the axial depth of cut, radial immersion, and feed rate, on the occurrence of chatter. Additionally, the phenomenon of jumping out of the cut region could be observed in this model and its effect on the chatter process is demonstrated. The numerical model is verified based on comparisons with experimental results.The full text can be downloaded at https://link.springer.com/content/pdf/10.1007%2Fs40436-018-0228-7.pdf