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1、华中工学院学报第十三卷第五期年月华中工学院出版金属切削过程颤振预兆的特性分析’杨叔子刘经燕师汉民梅志坚提要本,,文从模式识别理论与切’颤振特性出发通过大量试验研完讨论了几种、,特征信号的选择模式向量的获得与特征主分量的抽取提出了判别函数的构造,,问题以便能在线及时判别颤振预兆的出现与否为对金属切削过程颤振进行监控提供了前提条件。符号丐切削深度频率进给率—一—采样点数机床主轴转速自回归模型阶次——信号的自功率谱卜一时间—气采样数据刀具后角——汽刀具前角△一一采样间隔‘—主偏角丫副偏角—
2、,—,此刀架向振动加速度信号的方差毗刀架向振动加速度信号的方差孔—刀架向振动加速度信号二阶自回归模—型的残差方差—毛刀架向振动加速度信号二阶自回归模型的残差方差。亡二—。尾顶尖向振动加速度信号。阶自回归模型的残差方差一。丸向切削力信号阶自回归模型的残差方差—一、概述、、,金属切削过程颤振的监控是提高加工质量提高生产效率发展机床适应控制特别,能否进,是发展柔性生产系统中不可回避的一个重要问题显然行这样主动的监控关键。,或前提条件在于能否在线识别出颤振即将发生的预兆对切削过程而言产生颤振的机理是复杂的多年来不少专家学者在切削颤振
3、机理方面开展了不少研究工作特别是近十几,,,不少学者年来由于计算机技术的迅速发展信息理论与控制理论的广泛应用置颤振机理,,的研究于次要地位而直接从切削过程的有关信号中考察有关物理量或数学量的变,,寻,亡‘’一〔了,化提取同颤振有关的信息求颤振即将发生的预兆以判断颤振是否即将发生本文一九八五年二月二日收到中国科学院科学基金赞助课题华中工学院学报!年。并采取相应的控制措施,例如,对车削过程而言,但是这些成果有其局限性考〔‘〕,,察刀架振动加速度信号中颤振频率附近的相频特性变化情况显然这需要预先知道颜〔”,振频率
4、等人考察刀架振动信号的幅值变化情况但信号幅值受干扰影响较大,等人考察尾顶尖振动加速度信号时序模型的阻尼率的变化情〔‘〕,,而,。况但实际上难以获得可靠的阻尼率且计算繁杂预测下一步的阻尼率也无必要〔”’,,比等人考察了他们定义的均方频率的变化情况这颇有特色但均方频率没。。有考虑信号的总能量变化而存在一些缺陷然而他们的工作还是富有启发性的实际上,对切削颤振预兆的识别问题,即切削颤振的早期诊断向题,是一个模式识别问题,而且只,,是识别两种不同的模式的问题一是有颤振预兆的模式另一是无颤振预兆的模式。,,人。至于颤振已发
5、生的模式不用采用监控技术们也可识别对于颤振的监控而言,这种。模式是不允许出现的二、试验试验是在一台最大加工直径为的西德车床上进行的所选择的试验条件。如表所示表试验条件试验条件一‘…一阮一工件直径…工件长度刀具几何角度切削用量…尤,“尾架顶尖向丐…“振动加速度。了一刀架向振动加速度忙“,。。。,刀架,向振动力口速度。。下。。…艺
6、二。尤,,八日一一甘讨一甘工件振动位移工只“二兀二。代,“二。刃刀。。向切削力丐了二注〕刀具材料工件材料尹钢,,,试验原理如图所示在离三爪卡盘处在床身上支持有祸流式位移传感器以,测量工件与传感器间的相对振动位移在四方刀架上装夹有八角环测力仪以侧量切削第期杨叔子等金属切削过程颤振预兆的特性分析。、,力在尾架顶尖的垂直方向四方刀架的垂直方向与水平横向装有加速度
7、计以测量口。该处振动的绝对速度涡流式位移传感器加速度计车刀加速度计公又侧振仪电荷放大器电荷放大器翻磁带妞记录仪电荷放大器低通滤波器一一单板机计算机、、、、图分别表示在表试验条件下某次试验的尾顶尖向振、、,、,动加速度,刀架向振动加速度久刀架向振动加速度工件相对振动位移与向,、,切削力的时域信号图图中表示出无颤振将振与已振的发展过程显然无颤振与已,后者的振动周期,,颤振的时域信号有明显差别性明显振幅增长极大这充分表明具
8、有颤,振频率的周期振动即极限环的存在这无疑给人以启发能否从颤振即将发生之前
