摘 要

颤振是金属加工过程中产生于刀具与工件之间的一种自激振动，它的发生会降低工件表面质量、影响加工效率，缩短刀具寿命，产生噪音污染。因此，颤振问题是当今制造业发展亟待解决的问题，研究颤振在线监测方法具有重要意义。

根据颤振监测技术实际应用的需求，对监测信号进行分析，选择了易于获取的电流信号，提出基于驱动电机电流信号的颤振监测方法，设计总体方案，搭建试验平台，对机床在切削过程中不同状态下的加速度信号和电流信号进行采集。

分析电流信号对切削状态变化的响应，用时频域分析法直接对电流信号进行特征提取，分析这些特征量对颤振的敏感性，比较这些方法的优劣，判断是否能用于颤振监测。

利用HHT法对驱动电机电流信号进行分析，提取包含有效成分的IMF分量，构建Hilbert谱进行敏感性分析，证明此方法的有效性。基于此方法提取多个时频域内的特征值，通过与同步采集的加速度信号的对比分析，获取可以反映切削状态变化的特征值，建了特征向量，用于颤振监测。

关键词：颤振；电流信号；监测；HHT

Abstract

Chatter is a kind of self excited vibration, which is produced between the tool and the workpiece in the metal machining process. It can reduce the surface quality of the workpiece, affect the machining efficiency, shorten the life of the tool, and produce noise pollution. Therefore, the flutter problem is an urgent problem to be solved in the development of manufacturing industry.

According to the needs of chatter monitoring technology application, the monitoring signal analysis, choose the easy access to the current signal, the drive motor current signal chatter monitoring method based on, overall design, build experimental platform, machine tool in cutting process under different state of acceleration signal and the current signal acquisition.

Analyze on the change of cutting state in response to a current signal in frequency domain analysis method directly to the current signal for feature extraction and analysis of the sensitivity of these parameters on flutter, the advantages and disadvantages of these methods are compared, judging whether can be used for monitoring chatter.

The current signal of the driving motor is analyzed by HHT, the IMF component of the active component is extracted, and the sensitivity analysis of the Hilbert spectrum is constructed. The validity of this method is proved. Based on this method extracting multiple frequency domain feature value. Through the analysis and comparison of the acceleration signal acquisition, the acquisition can reflect the change of cutting state eigenvalue, eigenvector for monitoring chatter.

Keywords: flutter; current signal; monitoring; HHT

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 研究的目的及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 本文的研究内容 3

第2章 基于电流信号的车削颤振监测 5

2.1 切削颤振形成机制分析 5

2.2 颤振识别信号的选择 7

2.3 颤振监测方法 8

2.4 颤振监测试验平台及搭建 9

2.4.1 试验机床及参数 9

2.4.2 加工条件 10

2.4.3 信号采集系统 11

2.4.4 试验方案设计 12

2.5 本章小结 13

第3章 电流信号特征分析 14

3.1 原始信号分析 14

3.2 时频域特征分析 17

3.2.1 时域分析 17

3.2.2 频域分析 19

3.3 本章小结 21

第4章 基于HHT电流信号分析和特征提取 22

4.1 Hilbert-Huang 变换 22

4.1.1 经验模态分解 22

4.1.2 Hilbert 谱分析 23

4.2 电流信号EMD分解及敏感性分析 24

4.3 特征提取分析 28

4.3.1 时频域特征提取方法 28

4.3.2 时频域特征提取 28

4.4 本章小结 31

第5章 全文总结及展望 32

5.1 全文总结 32

5.2 展望 33

致 谢 34

参考文献 35

第1章 绪论

1.1 研究的目的及意义

颤振是金属加工过程中，在系统持续动态周期性力激发下，产生于刀具与工件之间的一种强烈振动，它的形成原因和变化特点与加工过程变化及机床动态特性密切相关。在如：车削^[1]，铣削^[2]，钻削^[3]，镗削^[4]，磨削^[5]等各种加工过程中都会有颤振的发生，值得注意的是，它的产生将带来一系列问题^[6]，具体如下：

（1）刀具相对于工件的振动会在零件表面产生明显的振纹，影响产品加工质量，严重时会造成工件报废，带来经济损失；