基于高低频振动信号的刀具磨损表征方法研究

摘要

在数控加工中，刀具磨损在线监测是一个非常重要的课题。刀具磨损过程中很多相关特征量都会发生变化，包括：切削力、机床振动、工件表面质量等。而在以往刀具磨损表征研究中，主要关注于刀具切削力信号和刀具高频振动信号变化，也有部分研究者从机床主要部件的低频振动信号特征量变化来表征刀具磨损，都取得了不错的效果。本人在实验过程中发现刀具处于不同磨损阶段时，刀具高频和机床低频对刀具磨损敏感程度会发生变化，所以本文主要内容是从刀具高频信号和机床部件低频信号两个角度分别表征刀具磨损。
　　首先是引入过程阻尼解释刀具磨损不同阶段，高频振动和低频振动分别占主导的现象，阐述了过程阻尼产生的原因，建立了过程阻尼与刀具后刀面磨损量的关系式,得到的结论是随着刀具磨损加剧，过程阻尼增大。
　　其次，采用显微镜实测刀具后刀面磨损量，具体分为VB=0mm、VB=0.4mm、VB=0.8mm三种磨损状态，分别对应后面刀具磨损表征的磨损前期、中期、后期。接下来针对过程阻尼推导中存在的刀具磨损增加导致正压力与摩擦力增加给出实测数据。
　　研究了刀具在不同磨损阶段信号高低频变化情况。具体结合刀具切削力信号、刀尖点振动信号自功率谱研究刀具高频能量变化，机床刀盘、X工作台振动信号自功率谱研究机床低频带能量变化。最终得到的结论是刀具磨损前期高频振动占主导，刀具磨损中期过程阻尼增大抑制高频振动，这时机床低频振动占主导，到了刀具磨损后期整个工艺系统振动剧烈增强，刀具高频振动和机床部件低频振动同时增强。
　　最后结合刀具高频带和机床部件低频带内相应的固有频率幅值变化情况来表征刀具磨损。对比静态敲击实验和车削状态下辨识的模态参数，选择相应的固有频率。然后分析整个实验过程中每一组切削信号该固有频率幅值变化情况，对刀具磨损进行表征。结果表明刀具高频和机床部件低频信号固有频率幅值变化能很好表征刀具磨损。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题来源和研究目的及意义

1.2 国内外研究现状综述

1.3 研究现状总结

1.4 本文主要研究工作

3 实验设计及刀具磨损过程分析

3.1 引言

3.2 实验设置

3.3 刀具磨损量及切削力分析

3.4 本章总结

4 刀具磨损不同阶段信号高低频特性分析

4.1 引言

4.2 刀具信号频域分析

4.3 机床部件振动信号频域分析

4.4 本章总结

5 基于高低频振动信号刀具磨损表征

5.1 引言

5.2 静态敲击下模态分析

5.3 刀具磨损表征

5.4 本章总结

6 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 后期工作展望

致谢

参考文献