基于多尺度排列熵的铣削颤振在线监测方法

排列熵是系统复杂性和规则性的一种测度,具有概念简单、稳健和计算速度快等优点。考虑到单尺度排列熵在反映铣削力信号特征方面的不足,通过试验分析提出基于单尺度排列熵和尺度4排列熵作指标的铣削颤振在线检测方法。通过试验验证,所提出的方法能有效地检测铣削颤振。同时基于多尺度排列熵的方法对于铣削力信号采集过程中的噪声、工艺参数变化等不敏感,因此这种方法适用于实际工业生产中的在线铣削颤振监测。     

基于开放式控制器的铣削颤振在线抑制

为实现在线抑制铣削颤振,对颤振领域常用的传感器监控技术,尤其是三向切削力和振动加速度传感器的各向分量在颤振监控过程中的时域和频域敏感信号特征进行试验研究。针对监控的颤振敏感信号频域特性,研究快速傅里叶变换技术对信号有效信息的在线提取技术。对自激颤振的机理进行分析,建立颤振频率与主轴转速间的关系模型,为实现变主轴转速抑制自激颤振提供理论基础。对集成在线参数采集、反馈控制的全软件型模块化铣削控制器进行设计,将在线抑制颤振的相关变主轴转速算法嵌入开放式控制器中,并设计控制参数数据流在控制器模块间的实现流程。对连续变切削深度铝合金工件进行在线颤振抑制加工试验,试验验证开放式智能铣削控制器在线抑制颤振相关技术的正确性。     

基于占能比的铣削加工颤振在线监测研究

薄壁件的精加工阶段,由于刀具悬伸长,工件刚度低,加工中容易发生变形进而引起颤振。因此需要可靠的标准监测加工状态,判断加工参数是否合理。首先,采集加工中包含颤振现象的声压数据,分析颤振发生时域有效值及频域功率谱的特点,对比在不同状态的特征,并以这些特征作为监测的依据;然后,在颤振发生时能量集中频段转移,通过小波包分解后构造出反映这一特征的特征量;最后,以小波变换时频图作为状态判断依据,通过离线分析设定相关阈值,设置多重标准,满足时域有效值和频域占能比阈值要求后计算特征值,判断加工状态。验证结果表明,笔者所提出的方法可以准确识别颤振现象,同时表明声压信号可以反映颤振特征。阈值设定后,即可为后续加工在线监测提供判断标准,避免因加工参数选择不合理时对工件或机床造成损害。     

立式铣削切削颤振的监测方法研究

立铣加工过程中的颤振会严重影响工件表面质量和材料去除率,加剧刀具磨损和恶化工作环境。由于颤振产生速度较快,常规的信号采样、特征提取及分类方法难于满足实际应用。本文通过稀疏表示的数学理论实现对高频信号的低采样率获取,并在保持高频信号本质特征同时实现特征提取,简化状态监测的模块,并通过冗余词典的高识别度原子辨识加工状态。研究结果表明,该方法可以有效识别立铣加工过程的稳定、过渡和颤振状态。     

智能主轴高速铣削颤振的模糊控制方法研究

在航空叶片、整体叶盘等零件高速高效加工过程中,切削过程阻尼作用的减弱,致使颤振相比低速切削时更容易发生,严重影响了加工精度和效率的提高.而颤振监控作为智能主轴的主要功能之一,是解决高速高效加工过程中颤振难题的一种有效途径.首先,在主轴结构上集成压电作动器及位移传感器等,搭建颤振主动控制系统,并在此基础上,建立主动控制系统模型.然后,分析主轴系统动态特性,据此设计模糊控制规则,开发模糊控制器.接着,通过力锤激励试验及扫频试验辨识主轴动态系统模型,进行铣削加工及颤振控制仿真分析.最后,开展铣削颤振主动控制试验.试验结果表明,提出的颤振模糊控制方法能够有效控制铣削颤振,提升铣削加工的稳定性.     

平面磨削颤振在线控制方法研究

在分析目前机床颤振控制方法的基础上,提出了平面磨削颤振控制策略。     

大型蜗杆铣削颤振稳定性研究

颤振通常会降低产品质量和生产效率,缩短机床和刀具的使用寿命。针对工业现场某大型蜗杆工件铣削加工中出现的颤振问题,建立其铣削颤振数学模型,采取对时滞项进行离散化的方法,利用Floquet理论进行判稳。在不同切削加工参数下试验对比稳定与失稳状态时刀具的振动信号特征,验证稳定性理论分析的正确性,避免了铣削过程颤振的发生。     

铣削加工过程智能控制试验

在XK5140型立式数控铣床上建立了加工过程智能控制试验平台,其控制系统基于MATLAB的Simulink模型,通过编写S函数创建控制器模块。以铣削力为控制对象,对不同切深的工件采用不同的初始条件,进行铣削加工过程智能控制试验。使用该试验平台能实现铣削加工过程的智能控制,保持铣削力恒定,可防止刀具损坏,提高切削效率。     

基于小波包能谱熵的铣削颤振监测方法

针对切削加工过程中容易出现颤振,导致零件表面加工质量降低,本文以铣削加工为研究对象,提出了基于小波包能谱熵的铣削颤振监测方法。信号的采集是一个连续的过程,为避免刀具不参与切削对这种方法的影响,本文提出基于铣削力幅值平方和的方法以识别刀具是否参与切削。试验结果表明,无论对于刀具是否参与切削的识别或者是否出现铣削颤振的监测都能有效的监测。     

基于铣削快速落刀法的切削颤振研究

为改善传统测量方法的局限性,更好地研究铣削过程中的振动规律,设计了一种铣削快速落刀实验方法。通过快速落刀实验,对获取的表面样本进行分析计算,得到铣削的颤振频率,并将其与利用动态扭矩计算得到的颤振频率进行对比,结果表明,快速落刀法完全可应用于高速铣削的颤振研究中。此外,应用铣削快速落刀法初步研究了切削参数对振动的影响。     

立铣削过程中的颤振稳定性分析与研究

铣削过程中的颤振会导致刀具磨损、工件表面粗糙、产量下降等问题.分析和比较了一维动态铣削数学模型,结合已获得的试验数据,根据一维理论开发出动态铣削仿真软件.该软件预测了在特定铣削条件和模态参数下的稳定性曲线.研究表明,动态铣削仿真软件的开发对于数控铣床铣削参数的给定具有重要意义,仿真计算对铣削过程中稳定性判别是一种有效的方法.     

基于电流信号的铣削颤振识别技术研究

以铣削为对象,建立了2自由度的铣削加工颤振动力学模型,分析了铣削颤振的产生机理;在此基础上,提出了基于电流信号的铣削颤振检测识别模型,该模型利用主轴电流信号的高频成分和低频成分的相对变化,很好地识别出颤振的发生,同时,该方法有效地消除了切削条件变化对检测结果的影响.此外,该方法算法简单,计算量小,可以实现实时检测.     

机器人铣削模态耦合颤振建模与仿真研究

近年来工业机器人铣削加工得到了极大的推广.较好的灵活度与铰链结构使得模态耦合颤振较易发生.首先建立了考虑时滞现象、加工表面更新与瞬时切削力模型的机器人铣削模态耦合动力学模型.采用Newmark-β逐步积分法对稳定性预测结果进行验证,结果表明所建立的机器人铣削模态耦合颤振模型较为准确.根据结果分析,明确了时滞效应与瞬时切...     

圆角铣削颤振稳定域建模与仿真研究

为避免在圆角铣削加工中产生颤振,建立考虑再生作用的圆角铣削动力学模型,推导其平均方向力系数计算公式。鉴于圆角铣削时主轴转速通常远大于圆角处的进给角速度,两者的平均方向力系数近似相等。因此,经典直线铣削颤振稳定域解析模型适用于圆角铣削,前提是需要用最大径向啮合角代替名义径向啮合角进行仿真。根据铣刀与工件的啮合情况,将圆角铣削分为均匀切宽圆角铣削和非均匀圆角切宽铣削两类,并分别推导出其最大径向啮合角计算公式。在动力学建模基础上开发圆角铣削颤振稳定域仿真模块,仿真结果得到了切削试验的验证,为圆角铣削切削参数的选择提供了一条有效途径。     

复杂曲面薄壁件铣削颤振稳定性研究综述

针对复杂曲面薄壁件铣削过程中出现的颤振问题,基于再生型颤振理论,对复杂曲面薄壁件铣削颤振产生的原因进行了分析,阐述了抑制颤振发生的相关工艺优化策略和颤振稳定性分析之间的联系;在此基础上,对现阶段复杂曲面铣削稳定性分析中的频域法、时域法、试验法,以及工艺优化方法研究现状进行了综述和归纳,对现阶段国内外复杂曲面薄壁件铣削颤振的抑制方法的优缺点和适用条件进行了评价,并提出了整体式叶轮五轴加工非均匀余量工艺优化策略;通过分析影响颤振稳定性的因素,提出了今后复杂曲面薄壁件颤振抑制的研究方向。研究结果表明:相对于普通铣削颤振,复杂曲面薄壁件颤振抑制更为复杂,建立三维工艺系统稳定性模型,并考虑工件模态参数的变化,可有效抑制颤振的发生。     

翻板卧式加工中心铣削颤振稳定性的影响因素研究

以某翻板卧式加工中心为研究对象,基于铣削颤振稳定性叶瓣图理论,通过实验与仿真结合的方法得到机床铣削稳定性的影响因素及变化规律,为工程人员提供参考。首先通过敲击实验获取刀尖点频响函数,再通过ANSYS Workbench中使用虚拟材料轴承的谐响应仿真获取频响函数,对比实验与仿真的结果,得到刀尖频响函数的影响因素。再由刀尖频响函数绘制铣削颤振稳定性叶瓣图,进而得到机床铣削稳定性的影响因素。研究结果表明,机床铣削稳定性几乎不随主轴位置移动而变化,不同刀具的铣削稳定性变化规律及其适宜铣削转速与不宜铣削转速相同,可在工艺设计、机床电主轴选型及电主轴结构设计等方面为工程人员提供帮助。     

高速铣削再生颤振稳定性预测与验证

再生型颤振是制约高速铣削加工效率和零件加工质量的主要因素。以高速铣削加工为研究对象,建立了考虑再生效应的高速铣削动态铣削力模型和颤振稳定域解析模型,通过模态实验获得机床-刀具系统的频响函数,在此基础上综合使用铣削稳定性判据进行数值分析,获得了高速铣削颤振稳定域的解析解。最后,进行了零件颤振稳定性铣削加工实验,实验得到的结果与仿真结果吻合良好,由此验证了建立的颤振系统动力学模型和颤振稳定性解析模型的正确性。     

铣削颤振过程中的振动非线性特征试验

为了分析铣削过程振动信号的非线性特征,使用双谱、李雅普诺夫系数、变形维数和近似熵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.试验结果表明,振动信号在铣削颤振孕育和发生状态时具有强混沌特征,其双谱特征和混沌特征相结合可以作为识别颤振孕育、发生的有效手段,基于球形支持向量机分类器对平稳铣削、颤振孕育和颤振发生进行识别,识别准确率达98.0％.