基于振动信号的高速铣削过程监测技术研究

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1、南昌航空大学硕士学位论文第一章绪论振等切削状态，以及时控制切削过程，尽可能提高切削效率，并减少零件废品的[2]产生。常用的具体检测方法如表1-1所列。表1-1常见的刀具检测方法检测方法传感器工作原理适用范围及特点光利用磨损面反射的学在线、非实时监测多种刀具磨损及直图光纤、光学传光线或摄像机摄像破损、可直观图像，价格较高，正像感器、摄像机再经图像处理相识进行实用开发。别接测头用于车、钻、铣等，简便，但易受接靠模触检测切削刃位置切屑及切削温度影响，不能实时检磁间隙传感测，应用前景较小。器法放技用于各种切削加工，不受加工环境术射刀具里注入同位素，性放射性元素影响，但

2、需解决防护问题，实时性测切削中的放射性差。应用前景小。温测用于车削，灵敏度较低，不能用于切测工件、刀具间的切有冷却液的情况，但比较方便，可度削热电偶削温度的突发增量实时监测，仍有一定的应用前景。糙面测激光传感器测加工表面粗糙度用于车、铣等，非实时检测，其应度粗表红外传感器变化量用受到一定局限。间超声用于车、镗等，实时检测，可实现超声波换能接收主动发射超声波扭矩限制，但受切削振动影响。处器与接收器波的发射波于研究阶段。振用于车、铣、钻等，灵敏，实时检接加速度计、振检测加工过程的振动测，有应用前景，但需解决刀具的动传感器动情号及其变化自激振动及环境噪声的干扰。切应

3、变力传感检测切削力、切削分用于车、钻、铰等，简便，实时检削器法力力的比值及其变化测，应用较广，有产品供应，但得压电力传感率改动机床部件，有应用前景。器功互感器用于车、钻、铣等，成本低，易使主电机或进给电机率分流器用、实时检测。可实现自适应加工，功率及变化率功率传感器有商品供应，有应用前景。射声检测加工中的声发用于车、钻、攻丝、铣等。灵敏、声发射传感发射信号及其特征参实用、实时检测。有较广应用前景，器量有商品供应。1.1.2振动监测技术的研究现状国内外对铣削振动的过程监测方面的研究与应用主要集中在机床诊断、颤振、刀具的磨损和破损方面。例如华中科技大学杨叔子等人认

4、为随着刀具磨损程度的2南昌航空大学硕士学位论文第一章绪论[24]加剧，功率谱图像上的主峰频率向低频端移动。南京航空航天大学姜澄宇博士提出了在线车刀磨损检测的频段能量法，他把频域中的频谱分析问题转化为时域中求某些带通滤波器输出信号的方差问题，他认为刀具在正常的磨损和急剧的磨损之间存在一个“微破损阶段”，它具有明显的信号特征。即刀具破损时最主要的[27][28][49]振动信号特征是均值分量的大幅度偏移和高频分量的短时消失。认为随着刀具磨损量的增大，振动信号的能量分布却相对减小，当刀具达到严重磨损时，其能量分布达到最小值。这是S.M.Panelit采用“检测刀具磨

5、损的数据相关系统[30][31]（DataDependentSystems）离散建模法”得出的结论。G.F.Micheletti等[32][33]人认为随着刀具磨损增大，振动加速度的能量谱也大大增加。日本的Elbestawi等人1989年以切削力、扭矩、主轴振动信号等多参数输入模式识别模型来实现铣削过程监测。Barker等人1993年以高阶谱特征来监测刀具磨损。Ramamurthi等人1993、1994年以加工影响图模型、数字实时知识基系统及谱分析结合来实现钻头状态的监测与预测。德国的Weck于1986年提出的“万能柔性监控系统”设想和方案具有典型意义，它以各

6、种常规的、特殊的特征参数来判别加工过程、NC程序执行等系统运行过程的好坏，以模式识别技术为核心实现碰撞、钻削刀具磨破损等的检测、预报。赵坚等人用振动诊断和噪声诊断方法，找出了该车床主轴箱传动系统中的薄弱环节，并提出相应的改进措施，以期进一步提高[34][35-41]其抗振性。监测在铣削加工过程中铣削系统是否已经发生颤振。设计一些专门的实验系统，以进行连续改变切削深度和切削宽度的切削实验，然后对振动建[42-45]立过程的相关信号进行分析从而识别出切削颤振的起振点。美国学者Subramanian、Devries和Wu，他们拾取车床刀架处的振动信号x(t)，然后计

7、算出x(t)的均值ux和方差σx，如果在切削过程中ux+σx超过设定的监测门限值，则判断颤振发生。其他比较典型的研究还有如下Tarng等人1994年对钻削过程的颤振以力和扭矩来建立其过程模型，并建立铣刀破损的神经网络分类模型。X.Q.Li等人1997年以2个交叉加速度间的相干函数为基础实现车削过程刀具磨损与颤振监[46-49]测。国内在高速铣削过程监测方面的相关研究主要由大学和研究所承担，华中科技大学、南京航空航天大学、哈尔滨工业大学、北京理工大学、南京理工大学、国防科技大学、中国工程物理研究院机械制造工艺研究所等单位在切削振动监测方面做了不少工作，重点大都放

8、在状态识别与故障分析方面，也有部分通过