基于SSA和双稳随机共振的车削颤振微弱特征提取

围绕车削颤振激发过程,针对车削颤振过渡阶段特征微弱且存在噪声和转频干扰的问题,提出一种基于麻雀优化算法(sparrow search algorithm, SSA)和双稳随机共振(bistable stochastic resonance, BSR)系统的车削颤振微弱特征提取方法。该方法利用SSA优良的寻优特性,以信噪比作为优化指标确定最佳BSR系统参数,用优化后的参数对车削颤振信号进行滤波处理,提取颤振特征频率。仿真试验表明SSA-BSR方法可以实现对强噪声背景下微弱特征信号的提取与增强,同时兼顾寻优速度快和获得全局最优解概率高的优点。开展车削颤振检测试验,颤振激发过程的加速度信号图谱分析结果验证了车削颤振特征频率幅值与颤振激发程度之间的相关性;不同模型在车削颤振过渡阶段特征提取的对比结果验证了SSA-BSR模型的有效性和优越性,并且能够满足车削颤振检测对实时性的要求,实现在进入剧烈颤振阶段前发出预警,为量化车削颤振和车削颤振在线监测提供一种新思路。

刀具主偏角对镍基高温合金的车削颤振的影响分析

GH4169镍基高温合金材料具有硬度大、耐高温以及耐腐蚀等特点,为避免车削加工过程中刀具与工件之间发生的颤振影响加工后表面质量,本文基于待加工件的特点建立外圆车削刀—工系统动力学模型并进行稳定性分析。结果表明,刀具主偏角约93°时可以得到表面质量较好的GH4169镍基高温合金。该项研究可以为加工类似高温合金等较大硬度材料以及加工时易发生颤振材料的刀具主偏角选择提供依据。

不锈钢管悬伸长度对车削颤振稳定性影响分析

细长不锈钢管在定长切割过程中常采用一端完全固定的夹持方式,受工件悬伸长度的影响,极易发生颤振现象。为避免切削加工时再生型颤振影响加工精度,提出稳定性叶瓣图预测法。基于工件结构特性建立了切削颤振系统的动力学模型并进行了稳定性极限分析;结合车削系统的动力学参数,绘制稳定性叶瓣图对工件车削稳定性进行预测。搭建了时域仿真平台,以验证预测的准确性。分析结果表明,工件悬伸长度越短,工件的车削稳定性越好;当车削系统发生颤振时,选择稳定区域内的车削参数可有效抑制颤振发生。

薄壁环形工件车削颤振有限元分析及试验研究

为了避免薄壁环形工件在车削时发生颤振影响加工质量,采用有限元仿真和试验验证结合的方法进行研究。利用ABAQUS软件提取不同壁厚下工件的模态参数,对工件振动规律进行分析;通过锤击试验测量工件模态参数并进行验证,通过数值仿真生成稳定性叶瓣图,结合车削试验对工件振动规律进行验证。研究结果表明,随着工件厚度变小,工件固有频率随之变小,对激振响应更敏感;越靠近自由端,工件刚度越低,车削稳定性越差,容易出现车削颤振现象。该项研究为薄壁环形零件车削时参数的合理选择与车削颤振的控制提供参考。

外圆车削颤振的半主动模糊控制

智能材料由于其响应速度快、特性参数易于调控、能耗小等特点,而被越来越多的用于振动控制系统中。针对细长轴类零件外圆车削加工中的颤振现象,研制了基于智能材料——电流变液的车削颤振减振装置,理论分析表明:不同切削条件下,获得最佳减振效果的控制电压并不相同。由此,开发了基于电流变材料的车削颤振模糊控制系统,进行了半主动模糊控制试验。试验结果表明:在不同的切削状态下,该模糊控制系统均可以自适应地调整控制电压,减小切削系统的加速度响应,抑制车削颤振。

变结构参数的车削颤振建模仿真及控制

针对车削加工中的颤振现象,设计一种车床横刀架的电流变减振装置。首先,根据机床的结构和工作原理,建立基于电流变减振装置的车削系统动力学模型,分析车削系统的阻尼比和刚度对车削稳定性的影响。然后,采用振动响应方差及自相关系数作为颤振预报的综合判据,开发具有在线监测及自适应控制功能的车削颤振神经网络控制系统。最后,进行基于电流变效应的车削颤振神经网络控制试验。结果表明,不同车削条件下,达到最佳减振效果的控制电压不同,该控制系统均可以有效地预报车削颤振并自适应调整控制电压,减小振动响应幅值,抑制车削颤振。

再生型车削颤振的动力学建模与稳定性分析

在分析再生型数控车削颤振产生机理的基础上,建立了再生型外圆车削颤振系统动力学模型,推导了稳定性极限切削深度和主轴转速与车削系统相关动力学参数的关系,通过Matlab软件仿真分析得到极限切削深度和主轴转速的稳定性叶瓣图.结果表明,提高机床振动系统的等效刚度、等效阻尼比能增大稳定性叶瓣图的稳定区域,而提高方向系数、切削刚度系数和切削重叠系数则使稳定性叶瓣图的稳定区域变小;提高机床振动系统固有频率会使稳定性叶瓣图曲线向右移动,更难激起车削系统的颤振.

消除薄壁零件车削颤振的加工实践

通过分析薄壁零件结构特点和技术要求,在车床上借助辅助工装,采取负压和胶带粘附的措施,有效地解决了车削薄壁零件的颤振问题,成功地加工出符合要求的零件,并将其广泛应用到实际生产中。实践证明,采用负压和胶带粘附方式消除车削颤振是切实可行的,且具有安全可靠、操作简便、成本低廉的优势。

基于Hilbert-Huang变换的车削颤振特征提取

针对车削加工过程中颤振现象,将希尔伯特-黄(Hilbert-Huang)变换方法引入到车削颤振特征提取中。通过对振动信号进行经验模态分解(EMD)获得一系列固有模态函数(IMF),筛选出合适的分量,计算敏感分量的方差和主要分量的瞬时能量分布,并将其作为判断车削发生颤振的依据。用实测振动信号验证了该方法提取的车削颤振特征量,可以作为颤振发生的判断依据。

刀尖圆弧半径对车削颤振稳定性影响分析

薄壁环形工件具有尺寸大、壁厚薄、刚度低的特点,为避免车削加工时发生再生颤振影响加工精度,首先,基于工件特点建立外圆车削动力学模型并进行稳定性极限分析,通过试验获取7075铝合金薄壁件模态参数与不同刀尖圆弧半径下的车削力参数,运用数值仿真绘制出稳定性叶瓣图,对工件车削稳定性预测;其次,运用MATLAB/Simulink模块进行时域仿真,结合稳定性叶瓣图探究刀尖圆弧半径对车削稳定性的影响,验证预测的准确性。结果表明,选择稳定区域的车削参数可以有效避免车削颤振,选择较小的刀尖圆弧半径时工件的车削稳定性好,加工效率高。该项研究为铝合金薄壁环形工件车削切削参数与刀具参数的选择提供依据。

基于Elman神经网络的车削颤振预报函数构建

为了预报车削颤振现象,构建了再生型车削颤振的预报函数。分析再生型颤振机理的基础上得到了其稳定性叶瓣图,为颤振预报提供可能。利用Elman神经网络对获取的数控车削过程中从稳定车削阶段到车削颤振阶段的时域信号进行训练和测试,提出了均方误差作为判别颤振的特征量。为了更准确的进行颤振预报,引入符号函数来构建再生型车削颤振的预报函数,确定了预报函数的阈值为5.625并试验了在该预报函数阈值时的预报准确率为92%。最后从频率域中分析,根据颤振的特点侧面验证了所构建预报函数的正确性。

基于Lempel-Ziv复杂度的车削颤振预报

为了预报车削颤振现象,搭建了车削颤振预报实验平台获取数控车削过程中从稳定车削阶段到车削颤振阶段的时域信号,利用L-Z复杂度算法计算稳定车削阶段、过渡阶段及车削颤振阶段的复杂度,并根据"6σ原则"划分了这三个阶段的复杂度区间。分析结果表明在过渡阶段复杂度最大,复杂度区间为(0.835 3,0.837 0);其次是稳定车削阶段,其复杂度区间为(0.799 8,0.800 2);车削颤振阶段的复杂度最小,其复杂度区间为(0.755 4,0.755 7)。L-Z复杂度指标将非线性非平稳的车床振动状态量化,能准确的识别和区分不同车削状态,用于车削颤振预报。

超磁致伸缩致动器抑制矿山机械车削加工颤振的研究

从矿山机械的实际应用情况出发,首先对超磁致伸缩致动器的相关工作原理进行了详细阐述,然后以前人的理论研究为基础,制定了对致动器抑制颤振作用的实验方案,并得到了较好的实验结果。实验表明:不同的激振频率、不同的位置,对加工零件的颤振抑制作用不同,其中在X、Y方向能获得很好的抑制颤振作用,同时在高频激振的作用下也能较好地抑制颤振作用。

基于神经网络的混沌控制原理对切削颤振的模拟控制研究

在机械加工过程中存在一种以残留振痕作为机械反馈量的自激振荡 ,严重影响了加工质量、车床及刀具的寿命。理论研究与仿真结果表明 ,将人工神经网络理论引入非线性或不稳定系统混沌行为的控制 ,可以有效地减少残留振痕引起的车削颤振 ,提高车削稳定性。

车削加工磁流变减振装置设计及磁路分析

为有效抑制外圆车削加工中的颤振,研制了基于挤压模式的外圆车刀磁流变减振装置。在结构设计的基础上,根据减振装置的工作特性及电磁学理论,对直接影响磁流变材料特性进而影响减振效果的磁路进行了理论计算;利用有限元软件Ansoft Maxwell对不同材料、结构参数下减振装置内的磁感应强度进行了三维磁场仿真分析,总结了各主要参数对磁感应强度的影响规律,确定了外圆车刀磁流变减振装置的各主要设计参数,并获得了较理想的磁感应强度。研究为磁流变减振装置的参数优化设计奠定了基础。

磁流变动力减振装置作用下的车削系统动态性能研究

为了降低车削颤振导致的危害,针对CA6140的实际特点,设计并安装了基于磁流变效应和动力减振原理的减振装置,建立了切削系统的动力学模型,推导出车削主振系统和减振装置的幅频响应函数。利用Matlab对磁流变动力减振装置作用下的车削系统进行数值仿真,得出磁流变效应引起的减振装置的刚度、阻尼对减振效果的影响规律。对减振装置的调频特性进行了研究,分析出减振装置的质量、磁流变效应引起的刚度和阻尼对车削系统共振频率差的影响规律,从而有效地避开共振,指导实际加工。

基于动态切削过程仿真的外圆车削稳定性判定

建立考虑工件轴向和径向两个方向刀具刃倾角和模态方向的车削颤振模型。利用试验得到的切削力系数和模态参数,获得给定机床、刀具和工件组合下的颤振稳定域曲线。建立外圆车削轴类零件的动力学模型,主要包括刀具相对工件的动态切削力和动态位移模型。提出一种借助动态切削力和刀具动态位移时域仿真,以及相邻两转的切削力和位移动态成分映射截面来综合判断切削过程稳定性的方法。通过切削试验验证颤振稳定域判据和动态切削过程判据的准确性。利用该方法了解稳定切削和颤振切削的信号特点和分布规律。对比颤振稳定域和动态切削仿真两种稳定性判据的有效性、优缺点和适用场合,尤其通过典型零件的切削过程仿真说明动态切削仿真方法的优点。此外,还通过对动态切削过程的变模态参数仿真,分析模态参数对切削过程稳定性的影响。