基于实验模态分析的铣削加工系统动力学 特性参数测试与分析

获取加工系统模态参数是进行铣削加工过程动力学仿真的先决条件。利用实验模态分析技术对机床-刀具系统或机床-工件系统进行锤击实验,通过力传感器和压电式加速度计采集激励与响应信号,再通过傅里叶变换和频响函数估算的方法获得加工系统的频响函数,最后通过正交多项式参数拟合获得工艺系统的模态参数。动力学特性参数测试分析结果,可为铣削过程动力学仿真提供所必须的可信数据。     

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。     

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。     

脉冲切削力激励的铣削系统工作模态辨识方法

铣削系统模态参数决定了机床的在役可靠性和加工质量.加工过程中铣削系统随主轴转速和接触条件的改变而发生重构,其模态参数相较经典实验模态法获取的静态下的结果发生显著改变.脉冲切削力在关心频带内能产生具有平坦频谱的激励信号,可利用工作模态分析方法的多参考点最小二乘复指数法仅由该激励下的振动响应辨识切削系统模态参数,实现了加工过程中对切削系统工作模态参数的动态辨识.将此方法应用于铣削加工中心切削系统工作模态参数辨识并设计了切削实验.实验结果表明,所述方法估计的工作模态参数相较锤击试验法更接近系统真实动力学行为,使铣削系统的实时监测、主动维护、稳定性动态预测成为可能.     

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。     

应用小波研究动态铣削力及预报铣削颤振

在铣削条件下,利用PC I-1712高速数据采集卡进行数据采集,应用小波分析进行数据处理,分析研究了铣削力信号的分解与重构,根据铣削力的主要频率,得到不同频带重构的动态铣削力信号,通过分析重构后的动态铣削力信号,发现产生了铣削颤振,并依据动态铣削力信号概率密度的变化预报颤振原则证明了铣削过程产生了铣削颤振现象,因而可以利用动态铣削力的变化初步预报铣削颤振.     

发动机主轴滚子轴承铣削加工稳定性模糊控制方法的研究

为了进一步保障发动机主轴滚子轴承的加工质量,提出了发动机主轴滚子轴承铣削加工稳定性的模糊控制方法,构建了滚子轴承铣削加工模型,深入分析了铣削加工颤振产生的机理。基于模糊集合理论设计了模糊PID控制器,建立了颤振频率模糊PID控制流程,实现了对发动机主轴滚子轴承铣削加工稳定性的模糊控制。实验结果表明,应用提出方法后,能有效控制铣削加工颤振频率,滚子轴承表面振纹显著减少甚至消失。     

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。     

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。     

铣削加工监测系统

针对铣削加工系统中颤振产生的特点,利用随机包容原理,探讨了受时变干扰的切削过程的稳定性问题,提出了一种切削加工颤振的监控方法,并通过数控铣床系统的实验进行了验证。结果表明,这种监控系统将有助于提高切削系统的稳定性。     

基于LabVIEW的行星齿轮箱故障分析系统设计

针对行星齿轮箱在低速重载的工作环境易导致关键部件发生故障的问题,本文提出了"小波包-峭度-包络"分析方法,基于LabVIEW开发一套行星齿轮箱故障分析系统,系统可读取多种格式的信号数据进行时域显示和频谱分析。通过小波包分解将信号分解到不同频带上,以小波包系数的峭度值作为频带选取准则,对小波包系数峭度值最大的频带进行包络谱分析,搭建行星齿轮箱故障模拟实验台,对采集的太阳轮、行星轮和齿圈故障信号进行分析,成功识别出故障。实验分析结果验证了方法的有效性和系统的可行性。该研究对行星齿轮箱运行过程中实时监测和早期故障识别具有重要意义。     

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。     

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．     

机器人精镗飞机交点孔的颤振分析与识别

针对机器人精镗飞机交点孔时容易出现颤振,影响加工表面质量的问题,通过分析颤振发生时的压脚位移信号,提出基于Hilbert-Huang变换的颤振特征提取方法,实现机器人镗孔颤振的快速识别.对颤振前后的压脚位移信号进行时域分析和频域分析,获得颤振发生的频段.将压脚位移信号进行经验模态分解,得到一系列具有不同频段的固有模态函数（IMFs）.根据颤振频段筛选出与颤振相关的IMF,通过Hilbert变换得到瞬时频率.分析瞬时频率的变化规律,从中提取颤振特征以识别颤振.试验结果表明,在机器人镗孔系统中,此方法能够在颤振形成前0.5 s及时识别颤振.     

超声振动辅助微细铣削工件动态位移分析

为了探索改善微细铣削加工条件、提高微细铣削加工精度的新途径,研究了利用超声振动辅助微细铣削对工件动态变化的影响.计算分析了普通铣削和超声振动辅助铣削加工时主切削力波形特点,建立了刀具/工件振动系统模型,理论计算了施加超声振动前后工件的动态位移,并以2A12为实验材料进行了铣槽实验验证.理论分析和实验结果表明,进给方向超声振动辅助微细铣削可以获得近似脉冲状的切削力,获得均匀细小的切屑,同时减小工件在切削加工中的动态变化,有助于提高加工尺寸精度.     

基于EMD和小波分解的颤振信号特征提取方法比较研究

以数控动梁龙门导轨磨床KD4020X16为试验对象,对不同磨削参数情况下磨床的不同振动状态进行试验测试。分别应用经验模态分解和小波变换对磨床的颤振信号进行颤振特征提取,以相关系数和方差为依据分析和比较这两种方法在非线性时序信号处理中的优劣。分析结果表明,在磨床的磨削颤振信号特征量提取方面,基于经验模态分解的提取方法具有更好的准确性和自适应性。     

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.     

基于EMD和小波分解的颤振信号特征提取方法比较研究

以数控动梁龙门导轨磨床KD4020X16为试验对象,对不同磨削参数情况下磨床的不同振动状态进行试验测试.分别应用经验模态分解和小波变换对磨床的颤振信号进行颤振特征提取,以相关系数和方差为依据分析和比较这两种方法在非线性时序信号处理中的优劣.分析结果表明,在磨床的磨削颤振信号特征量提取方面,基于经验模态分解的提取方法具有更好的准确性和自适应性.     

高速铣削系统切削力动态分析

工件的切削加工与过程动态力学之间存在着必然的内在联系．由于铣削系统中的振动,特别高速铣削加工过程中的振动,在运用KISTLER测力计系统测量切削力时,通常会出现信号失真现象．文章进行了铣削系统的动力学分析,测量了切削过程中工件的振动,估算了工件的惯性力、测力计等效质量和测定的力学数据增量．试验结果表明,高速铣削硬钢构件时的振动,是由较强的冲击、切屑形成机理以及共振所产生,这些因素在分析切削力和切削过程时不容忽视．     

小波包降噪在风机振动检测中的应用

该文针对小波包变换理论及小波包降噪基本原理,对风机的异常振动加速度信号进行了处理,提取有效的信号特征,滤除干扰.实验结果表明,小波包降噪能够根据实际信号的特征,自适应地选择频带,滤出各种噪声干扰.在此基础上对信号进行频谱分析,可以实现对风机故障的高效诊断.