基于传感器信号的钻头轴向偏移识别与研究

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1、学校代码10530学号201330071573分类号TP274+.3密级硕士学位论文基于传感器信号的钻头轴向偏移识别与研究学位申请人杨文佳指导教师周友行教授学院名称机械工程学院学科专业机械工程研究方向制造系统智能检测与控制二零一六年五月三十日IdentificationandResearchofDrillAxialDeviationBasedonSensorSignalCandidateYangWenjiaSupervisorZhouYouhangCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgra

2、mMechanicalElectronicEngineeringSpecializationIntelligentDetectionandControlofManufacturingSystemDegreeEngineeringMasterUniversityXiangTanUniversityDate2016.5.30湘潭大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡

3、献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权湘潭大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期：年月日导师签名：日期：年月日摘要钻削过程中，机床主轴横向振动有时会导致钻尖在接触工件瞬间偏离主轴中心，

4、从而引发钻头轴向偏移现象。该现象会导致零部件上孔的加工质量降低，严重时甚至会使整个零部件报废。在钻头轴向偏移抑制研究中，快速、准确的识别钻头轴向偏移现象是整个研究的关键环节。因此，本文提出了一种基于传感器信号的钻头轴向偏移识别研究方法，分别在钻头轴向偏移机理分析、传感器信号采集及预处理、钻头轴向偏移特征信号提取、特征信号时频域分析、模式识别、实验验证等方面进行了研究。(1)钻头轴向偏移机理分析。基于经典的钻入阶段力学模型详细分析了钻头发生轴向偏移时的受力情况，得出钻头轴向偏移的表现特征，并提出采用传感器信号来研究钻头轴向偏移的新思

5、路。(2)传感器信号采集及去噪处理。建立钻削实验平台，采集钻削过程振动信号、声发射信号和主轴功率信号，并采用谱减法对采集的原信号进行去噪处理。(3)钻头轴向偏移特征信号提取与分析。首先，对主轴功率信号进行RMS分析和幅值变化率计算，提取出各孔钻削过程中钻入阶段的信号；然后，采用EMD分解方法提取钻头轴向偏移特征信号，并对其进行时域分析；最后，对钻头轴向偏移特征信号进行AR模型功率谱估计，分析其在频域上的特点。(4)基于小波包分解和分形盒维数的钻头轴向偏移研究分析。根据钻头轴向偏移特征信号在频域上特点，首先，采用小波包分解将钻头轴向

6、偏移特征信号进行分频处理，将发生突变的频率带信号分离出来；然后，采用分形盒维数方法对各节点信号进行维数求解；最后，对各孔钻头轴向偏移特征信号分形维数变化情况进行了定量分析。(5)钻头轴向偏移及其对孔表面质量影响程度的实验验证。开展了两类实验：其一是通过比较孔的前端和后端的直径参数来判断该孔钻削过程中钻头是否发生偏移；其二是测量孔钻入端的表面粗糙度来将各孔钻头轴向偏移对孔表面质量影响程度进行分类，并与理论分析结果相对比，评估理论分析结果的有效性。理论分析和实验结果表明：采用本文所述方法，既能有效识别钻头轴向偏移状态，又能准确评估其对

7、孔表面质量的影响程度。该方法为今后钻头轴向偏移抑制研究提供了一种新思路。关键词：钻头轴向偏移；传感器信号；时频域分析；小波包分解；分形维数IAbstractIndrillingprocess,whendrillpointcontactstheworkpiece,thetransversevibrationofmachinetoolspindlesometimesleadsdrilldeviatefromthecenterofspindlerotation,sothatitcausesthephenomenonofdrillaxia

8、ldeviation.Thisphenomenonwouldreducethemachiningqualityofholeonpart.Seriously,itwouldevenleadtopartscrapped.Howtoidentifydri