基于非穩(wěn)態(tài)切削的刀具狀態(tài)特性研究.pdf

1、在非穩(wěn)態(tài)切削條件下，比如在切削凹孔、溝槽或當(dāng)工件表面存在缺陷時(shí)，刀具的受力情況比穩(wěn)態(tài)切削條件下復(fù)雜得多，因此有必要對(duì)切削力特性及刀具失效特性進(jìn)行分析。本文采用切削力作為監(jiān)測(cè)信號(hào)，對(duì)刀具狀態(tài)進(jìn)行分析研究。 首先使用經(jīng)典的數(shù)字信號(hào)處理方法對(duì)切削力信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析。刀具在非穩(wěn)態(tài)切削時(shí)，不僅在空行程后切入工件時(shí)受到極大的瞬態(tài)沖擊，而且在切出時(shí)由于發(fā)生了負(fù)剪切現(xiàn)象在切削刃產(chǎn)生了一個(gè)與平常切削加工方向相反的摩擦力。三向力的頻率都在0～

2、200 Hz處分布較為豐富，徑向力Fy在其它頻帶也有較高的能量分布。 為了深入研究非線性瞬態(tài)信號(hào)的時(shí)頻特性，使用Wigner—Ville分析工具，根據(jù)單因素實(shí)驗(yàn)采集的數(shù)據(jù)詳細(xì)研究了切削速度v、主軸轉(zhuǎn)速n、進(jìn)給量廠和背吃刀量αp對(duì)切削力時(shí)頻域的影響。分析結(jié)果表明：刀具在切入、切出工件時(shí)刀具的應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生急劇變化，表現(xiàn)在時(shí)間邊緣分布上的極大值。隨著切削速度減小Fz的能量在中頻帶的持續(xù)時(shí)間變短，反映在能量譜密度上0～100Hz處峰值升高

3、。當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速升高時(shí)Fx和Fy原處于低、高頻帶并且隨時(shí)間連續(xù)分布的能量聚集在1000Hz和4000Hz頻率周邊，且持續(xù)的時(shí)間變短，F(xiàn)z瞬時(shí)能量的峰值隨主軸轉(zhuǎn)速的增加在逐漸減小。隨著進(jìn)給量的增加，頻率邊緣分布顯示Fz位于低頻帶的峰值顯著增大。在頻率邊緣特性中Fx和Fz的峰值隨背吃刀量的加深而增加。 基于以上分析結(jié)果，設(shè)計(jì)切削速度和背吃刀量變化，主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給量不變的刀具破損實(shí)驗(yàn)，對(duì)徑向力信號(hào)進(jìn)行功率譜分析，結(jié)論隨著刀具碎斷尺寸的增大

4、，位于2500～3100Hz中頻帶的功率譜幅值呈線形增加趨勢(shì)，而高頻帶的幅值變化無規(guī)律，因此徑向力中頻帶的幅值可以作為刀具破損信號(hào)的特征值。 根據(jù)連續(xù)小波分析的尺度所對(duì)應(yīng)的頻帶范圍均在低頻帶的特點(diǎn)，對(duì)以測(cè)力儀和實(shí)驗(yàn)工件組成的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行單點(diǎn)拾振和多點(diǎn)激振的模態(tài)錘擊試驗(yàn)。對(duì)采集到的激勵(lì)信號(hào)和響應(yīng)信號(hào)進(jìn)行初步分析得到頻響函數(shù)的實(shí)頻與虛頻曲線；根據(jù)曲線對(duì)模態(tài)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，得到系統(tǒng)的頻響函數(shù)矩陣，以此確定濾波器的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，綜合比較巴