基于HHT的FBG镗削颤振信号特征信息提取与表征

摘要

深孔镗削加工中由于刀具细长、刚性差，极易诱发颤振，尤其当加工空间受限排屑不良时，不仅会恶化加工表面质量，甚至出现刀具崩刃、折断等事故。缩短镗刀杆悬伸长度、增加阻尼等措施由于改善了镗杆的静、动态特性，在一定程度上能抑制切削振动。因此，如何准确获取镗杆的振动信号，对镗削颤振进行预测和识别，改善其动态特性，进而提高大长径比镗杆的抗振性能成为迫切需要。论文针对大长径比镗杆颤振的识别问题，搭建基于光纤应变传感器的镗削颤振在线监测系统，采用希尔伯特-黄变换(HHT)系列方法，开展镗削振动信号的特征提取与表征研究。本文涉及如下内容:
　　1、针对日本三菱公司FSTUP3225R/L-16S型号阻尼镗杆，设计一种夹具用于CA6140车床上的镗削加工;对镗杆以及镗杆-夹具装配体进行频响仿真分析和实验分析，进而掌握该夹具对镗削加工的影响。
　　2、采用悬臂梁实验装置和光纤应变传感器进行颤振模拟实验和信号获取，研究基于光纤应变传感器的镗削颤振信号的时域特征;采用不同切削参数进行镗削加工实验，根据悬臂梁模拟实验得到的时域判据，简单识别镗杆颤振的信号，用以进一步研究颤振信号的识别。
　　3、分析HHT方法的原理及分析流程，对仿真得到的一组多分量、非线性信号进行EMD分解、各IMF分量的能量贡献率统计、瞬时分析、HHT谱图、HHT边际谱和HHT时频分析，研究HHT对多分量非线性信号的特征提取方法。
　　4、对时域波形粗略划分的三个阶段的颤振信号，分别进行EMD分解、各IMF分量的能量贡献率统计、HHT谱图、HHT边际谱分析与HHT时频分析，深入研究颤振信号的特征提取与表征，并对实验信号进行辨识验证。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 颤振监测研究现状

1．2．1 镗削颤振产生机理研究

1．2．2 切削颤振振动模型

1．2．3 颤振的测试技术

1．3 颤振信号的特征提取与表征

1．4 论文的主要研究内容

第二章 HHT基本理论及镗削颤振信号分析应用

2．1 引言

2．2 HHT的实现过程

2．3 HHT的基本原理

2．3．1 本征模态函数定义

2．3．2 经验模态分解方法

2．4 HHT时频分析方法

2．5 基于HHT的镗削颤振信号处理的可行性

2．6 本章小结

第三章 基于FBG的镗削颤振在线监测实验

3．1 实验目的及设备

3．2 实验用镗杆及装配体频响分析

3．2．1 设计依据

3．2．2 夹具设计方案

3．2．3 模态分析与设计

3．2．4 镗杆频响分析

3．2．5 实验与分析

3．3 FBG在镗削颤振监测可行性分析

3．3．1 镗杆应变模态分析

3．3．2 FBG在镗杆上安装分析

3．4 镗削颤振监测系统的搭建和实验方案

3．5 颤振信号时域波形

3．5．1 颤振信号实验模拟

3．5．2 镗削颤振时域信号

3．6 本章小结

第四章 基于HHT的镗削颤振特征提取与表征

4．1 引言

4．2 颤振信号的时域分析

4．3 颤振信号的EMD分解

4．4 镗削信号的HHT分析

4．4．1 镗削信号HHT谱分析

4．4．2 镗削信号边际谱分析

4．4．3 镗削信号时频分析

4．5 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

附录A：攻读学位期间发表论文及成果

附录B：攻读学位期间参与的科研项目