用于切削颤振机理分析的在线测量系统

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1、第1期(总第170期)机械工程与自动化NO．12012年2月MECHANICALENGINEERING&AUTOMATIONFeb．文章编号：1672—6413(2012)01‘0055-02用于切削颤振机理分析的在线测量系统李建明，王亚彪，刘伟亮，刘酤(太原理工大学机械工程学院。山西太原030024)摘要：金属切削加工中产生的自激振动对加工质量和表面质量均会产生很大的影响．有时甚至使加工无法进行。利用Delphi，开发出了一套在线测量系统．对切削颠振的机理进行了研究。通过实时采集切削过程中与颤振相关的各种数据．并采用FFT(快速傅立叶变换)技术对切削颤振的频率及功率谱进行计算分析．同

2、时结合李萨如图形对颤振能量消减情况进行跟踪显示，在此基础上对自激振动的谐振频率及主要影响因素进行分析，为寻求相应的消振措施提供必要的理论依据。关键词：切削颤振；Delphi；快速傅立叶交换；李萨如图形中图分类号：TG50：TP271．4文献标识码：A0引言方向，而该方向对颤振程度有着显著的影响，为了研切削颤振是金属切削过程中刀具与工件之间产生的究切削颇振机理及消振措施就必须测量出该主振方一种十分强烈的相对振动，其产生的原因和发生、发展向，为此，需要在镗杆的两个垂直方向分别粘贴一个的规律与切削过程本身及金属切削机床动态特性都有着传感器进行数据采集。而对于圆镗杆，由于各方向振内在的本质联系

3、，影响因素很多，是一个非常复杂的机动情况相同，因此只需在一个方向上粘贴一个传感器械振动现象。切削颧振是影响机械产品加工质量、刀具即可。本文以削扁镗杆为例进行说明。使用寿命和机床切削效率等的关键因素之一。本文针对鉴于CA—YDI25型传感器具有动态范围大、频镗削过程中产生自激振动的原因进行分析研究，设计出率范围宽、受外界干扰小等优点，本文选取该型号传了一套在线测量切削颤振的系统。该系统可为分析切削感器进行实验。产生自激振动的镗杆的两个垂直方向颤振机理及消减措施提供准确的理论依据。的振动信号是由粘贴在两个垂直方向的传感器采集1在线测量系统的构成及设计思路的，由于采集到的信号强度很弱，需要先

4、将这两组信在线测量系统原理图如图l所示。该系统主要包号输入到电荷放大器中进行放大。经放大后的信号通括被测对象(镗杆)、传感器、电荷放大器、接线端过接线端子盒传输到PCI9118高速数据采集卡上，子盒、数据采集卡以及显示装置等部分。数据采集卡会对信号进行数模转换，将模拟信号转换成计算机能识别的数字信号，最后将转换得到的数据存储于计算机中，以待后续实验研究使用。1．2软件部分·该测量系统的软件采用面向对象的编程语言圈1在线测量系统原理图Delphi编写，因此具有极佳的可视化效果，能在实验中1．1外部线路部分方便使用。实际镗削过程中所用的镗杆有削扁镗杆和圆镗杆在线测量系统的界面如图2所示。该

5、界面主要集两种，因此实验中在对其粘贴传感器时也会有所不成了原始波形显示区、FI叮变换后的频域波形显示区、同。由于削扁镗杆的特殊结构，其颤振存在一个主振李萨如图形显示区和操作区4大部分。原始波形显示收稿日期：2011—09—15；修回日期：2011—10—21作者简介：李建明(1989一)，男，湖南郴州人，在读本科生。·56·机械工程与自动化2012年第1期区能实时将PCI9118高速数据采集卡采集的数据显示线比较规范，谐振频率处峰值突显非常明显。比较图成振幅一时间曲线，从该曲线纵坐标的变化能直观地3和图4可以看出，经过FFT变换后，能更准确直看出颤振振幅的变化情况，也能方便地获取各时刻

6、的观地读出谐振频率，为后续的研究提供了极大的便利振幅值。同时，内部程序会通过n变换对切削颤振和可靠的数据。的频率及功率谱进行分析，经过傅立叶变换算法的计b4算，会叠加出一条振幅～频率曲线显示在第二区。该3曲线在某频率处会出现一个峰值，由傅立叶原理可知，墨i该点对应的频率即为颤振的谐振频率。由FFT变换得鞲：5—3出的谐振频率具有精度高、读取方便等优点，能为后-4续的实验分析提供较准确的数据。另外，内部程序还t／s图3采样信号时域曲线会用画线的方式，将采集到的数据在坐标上逐个连线，绘制出李萨如图形。因为李萨如图形的面积表征能量，所以绘制出的图形面积的变化反映了切削颤振的能量变化，这能为消

7、振实验中随时掌握颤振能量的消减状况，判断消振效果是否理想提供极大的便利。设置操作区是为了提高该测量系统的适应性，可通过在操作区更改各参数来适应不同的加工生产要求。j＼譬辅褂爨f／Hz图4幅值一频域曲线2．2李萨如图形(theLissajOUSfigure)一个质点同时在X轴和y轴上作简谐运动，形成的图形就是李萨如图形。本实验是将两个通道采集到的数据分别作为质点在X轴和y轴的坐标，合成之后便得到一个李萨如图形(如图5所示)。因为实验中两个通道采集