磨削加工中的动态检测新方法.docxVIP

磨削加工中动态检测的新方法摘要：本文提出了一种针对外径磨削加工中自颤震检测的新方法。该方法在由颤振引起的磨削动力学问题上采取了重大的改变。这个方法是基于对一种名为粗粒度磨削熵率的非线性统计监测而提出的。这种熵率通过正常的磨削力计算得出。接近于零的熵率的价值是颤振的典型特征，然而更大的价值体现在自由颤震的磨削加工过程中。如果这种熵率可以标准化，就可提出一种临限价值，自动地区分磨削自由颤震和普通颤震。关键词：颤震，监测，磨削介绍在各种加工过程中都不希望出现颤震现象。尤其是在磨削加工过程中要严格避免出现颤震现象，因为颤震会影响磨削工件的几何精度和表面粗糙度，而磨削加工作为一种精加工工序又必须保证这两个重要的指标。因此，可靠而且尽早的实现颤震检测是磨削监测系统重要的特点之一。在线的颤震检测主要依赖于对声发射，加速度或者磨削力的测量。颤震通常通过测量信号的光谱反映出来。即便是一个相对简单的机加工操作任务，颤震的自动识别也不很重要。在最近的一次尝试中，为了此目的已经应用了神经性网络。在本文中，提出了一种针对外径磨削加工中自颤震检测的新方法。该方法在由颤振引起的磨削动力学问题上采取了重大的改变。新的方法需要对恰当选取的非线性统计经行监测，这些非线性统计通过对正常磨削力波动的计算获得。接近于零的熵率的价值是颤振的典型特征，然而更大的价值体现在自由颤震的磨削加工过程中。恰当地设置，统计量的临限价值就可以区分磨削自由颤震和普通颤震。实验外径磨削是最普通的磨削加工之一，以其来进行当前的研究。在数控磨床上用常规磨轮进行实验（图1）。为加工完成后每个工件上特定材料的体积达到Vw = 1040 mm3/mm，每个工件上都加工有八个阶梯。其余磨削参数在加工当前工件时选用一致，在加工不同工件时则不同。特殊材料的去除率分别设为1,3,5，8mm3/mm，焊瘤修整ud为2,4,8,16，砂轮转速为20,50,100.正常的波动和切线方向上的磨削力引起的波动通过安装在尾座下的压电传感器测量。首先，力的信号被存储于磁带中，以便能够持续记录，在采样和过滤时不必重复实验。最后，信号以20kHz的采样速度进行A-D转换，存储在计算机中准备结果分析。每个信号包含32768个点相当于磨削过程的1.63s。在实验过程中磨削的参数也要测量：磨削表面的粗糙度，工件圆度和径向磨轮磨损。粗糙度和圆度通过笔式记录装备测量。磨轮磨损则每个工件单独测量。砂轮：计算机磁带放大设备力传感器工件：图1 实验设备略图2.1磨削自由颤震和颤震在提出了颤震检测理论之后，讨论新的方法之前，已经在常规磨削力的波动和工件加工圆度两方面对自由颤震和颤震进行了比较。为此，选取了两个工件，分别以g = 50, ud = 4, Qw，= I mm3/mms和g = 50, ud = 4, Qw，= 8 mm3/mms磨削。常规磨削力波动的能量谱图与特殊材料体积的函数关系如图2所示。自由颤震：Qw = 1 mm3/mms颤震：Qw = 8 mm3/mms图2 标准磨削力与特殊材料用量的关系Qw = 1 mm3 /mms,与自由颤震的情形一致，没有出现主导的明显的峰值。最高的峰值出现在旋转频率为5Hz的工件和35Hz的轮。Qw = 8 mm3 /mms,的情形不同，最高的峰值出现在525Hz时。在常规磨削力磨削时，磨床的静态和动态的测量证明525Hz是颤震的危险频率。峰值出现在V，w=200mm3/mm处，一直增长直到V，w=600mm3/mm处，然后保持直至V，w的变化范围极值。基于视觉观察工件表面的情况（颤震所引起的加工表面的特点）和磨削加工中产生的气味，机床操作者指出颤震出现在第六阶段，V,w = 500 mm3/mm.八个阶梯的圆度剖面图如图3所示，配有大量的振幅光谱。自由颤震颤震Qw = 1 mm3 /mmsQw = 8 mm3 /mms5-8段1-4段圆形剖面波数波数图3 工件的圆形剖面图和相应的振幅谱图自由颤震的工件在各阶梯段都是光滑圆整的形式在圆周方向上没有任何波动的影响。这是由于附近有平稳振幅。在颤震工件的表面，随着磨削加工会产生波纹。在第六阶梯段波动的振幅急剧增加，并随之因颤震的特点在工件的表面形成标记。振幅的分析揭示了工件表面主要的波动形式为150和7波形。波形号是指颤震震动数和轮的旋转数分别和工件旋转频率的比率值。颤震在第3阶梯段出现相关的105号波动，并在第六阶梯段急剧增加。这些发现能与常规磨削力作用引起的波动很好地对应。图2中的能量谱图说明磨削动力学颤震和常规磨削力所引起的颤震有很大的不同。在图4中更深入的阐释了常规力磨削在颤震和自由颤震各段的不同。两部分的不同说明不规则的小振幅波动是自由颤震磨削的主要形式，然而大振幅的接近谐波的波动则是颤震的主要形式。由常规力波动所引起的两种颤震显著的不