一种快速和可靠的铣削颤振检测方法技术

本发明专利技术涉及状态检测技术领域，公开了一种快速和可靠的铣削颤振检测方法，包括：确定主轴每转采集的数据量n，每个时间窗口的数据长度nm，m也可以被看作主轴转数，指定颤振阀值T，确定振动传感器的数量k以及其与转速传感器的安装位置；获取k组多点同步采样数据；利用Z

【技术实现步骤摘要】
一种快速和可靠的铣削颤振检测方法


[0001]本专利技术属于状态检测
，涉及一种机械加工状态检测技术，具体涉及一种应用于高速铣削或超高速铣削加工的快速和可靠铣削颤振检测技术。

技术介绍

[0002]高速铣削加工具有加工精度高和生产效率高等优点，已广泛应用于汽车和航空航天等的多个制造加工领域。在高速铣削加工过程中，颤振经常出现。颤振的出现不但降低加工质量和加工效率，而且加速刀具磨损、产生大量噪声和浪费能源。颤振已成为阻碍提高铣削加工加工质量和加工效率的最大障碍，尤其对于薄壁工件的铣削加工。为了提高加工质量和加工效率，有必要对高速铣削加工过程中的颤振进行检测。
[0003]目前，研究人员和工程师已提出多种颤振检测技术。申请号为201410620569.8的专利技术专利公开了一种基于C0复杂度和相关系数的铣削颤振检测方法，其特点在于首先利用Comb滤波器滤除颤振信号中的周期性成分，然后采用C0复杂度和相关系数对颤振进行表征和检测。申请号为201910656987.5的专利技术专利公开了一种基于经验模式分解和时频多特征的颤振检测方法，该方法的特点在于首先利用经验模式分解方法把颤振信号分解为一组子信号，然后选择包含颤振信息较多的几个子信号进行分析，抽取多个颤振特征量，构建多维观测空间，接着利用流形学习算法降低多维观测空间的维数，进而融合多个颤振特征量的信息，最后利用支持向量机对颤振进行识别。这两种颤振检测方法具有相对较多的计算费用，可能无法满足于高速或者超高速铣削加工。为了快速检测出铣削加工过程中的颤振，Schmitz等(Schmitz TL,Medicus K,Dutterer B.Exploring once
‑
per
‑
revolution audio signal variance as a chatter indicator.Mach Sci Technol2002；6:215
–
33.http://dx.doi.org/10.1081/MST
‑
120005957.)提议采用单点同步采样信号的方差作为颤振指标来对颤振进行检测。单点同步采样是根据庞加莱图开发的一种数据采集策略，它是指在主轴每旋转一转时实现一次采样，进而获得一组单点同步采样数据。颤振是一种自激振动现象。在非线性系统中，可以将颤振看作分岔现象或者混沌现象。在不考虑噪声影响的情况下，对于颤振信号来说，单点同步采样数据为一定值(或者常数)，而对于颤振信号来说，单点同步采样数据则不再为一定值，具有波动现象。根据颤振的这一特点，单点同步采样能够识别出颤振。尽管该方法可以显著减少采集的数据量，并具有较小的计算费用，可是单点同步采样数据无法可靠地展示颤振信息。利用该方法可能无法检测出对应于周期
‑
2分岔的颤振。
[0004]以上颤振检测方法均利用单个传感器获取的颤振信号。Peng等(Peng ZK,Jackson MR,Guo LZ,Parkin RM,Meng G.Effects of bearing clearance on the chatter stability of milling process.Nonlinear Anal Real World Appl2010；11:3577
–
89.)研究发现，单个传感器可能无法获取到颤振信息。这是因为颤振信息不一定同时存在于所有振动方向上。例如，颤振信息可能不同时存在于铣削加工方向和垂直与铣削加工方向。因此，采用单个传感器无法可靠地检测出颤振。目前，虽然已有不少基于多个传感器的颤振检
测方法，但是这些方法的计算费用相对较大，不适用于高速或者超高速铣削加工的颤振检测。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：针对
技术介绍
中存在的问题，本专利技术公开了一种快速和可靠的铣削颤振检测方法，根据颤振的特点，融合多个传感器的颤振信息，能够可靠和快速地检测颤振的出现，降低颤振的误诊率和漏诊率。
[0006]技术方案：本专利技术公开了一种快速和可靠的铣削颤振检测方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1：确定主轴每转采集的数据量n，每个时间窗口的数据长度nm，m也可以被看作主轴转数，指定颤振阀值T，确定振动传感器的类型和数量k以及它们与转速传感器的安装位置；以上振动传感器需安装在不同位置处，以便获取不同位置处的振动数据；
[0008]步骤2：根据以上k个振动传感器和转速传感器，获取k组多点同步采样数据。这些数据可表示为X1＝[x1(1),x1(2),x1(3),
…
,x1(n),
…
,x1(nm)],X2＝[x2(1),x2(2),x2(3),
…
,x2(n),
…
,x2(nm)],X3＝[x3(1),x3(2),x3(3),
…
,x3(n),
…
,x3(nm)],
…
,X
k
＝[x
k
(1),x
k
(2),x
k
(3),
…
,x
k
(n),
…
,x
k
(nm)]；
[0009]步骤3：标准化处理获取的k组多点同步采样数据，利用Z
‑
score标准化方法对获取的k组多点同步采样数据标准化处理；
[0010]步骤4：扩展标准化处理后的k组多点同步采样数据；
[0011]步骤5：利用中心化处理方法对扩展后的k组多点同步采样数据进行中心化处，融合k组多点同步采样数据；
[0012]步骤6：判定颤振状态是否产生，计算融合颤振信息后数据Z的标准差σ，对比计算所得标准差与预定阀值T，如果σ大于预定阀值T，则可以判定颤振已出现，否则，则认为颤振未出现。
[0013]进一步地，所述步骤1中，加工工件可为非薄壁工件和薄壁工件；针对非薄壁工件铣削加工，将k个振动传感器以及转速传感器安装在高速主轴上来获取数据；针对薄壁工件铣削加工，将k个振动传感器安装在薄壁工件或者高速主轴上，另外，把转速传感器安装在高速主轴上的来获取转速数据。
[0014]进一步地，所述振动传感器为加速度传感器、速度传感器或者位移传感器。
[0015]进一步地，所述步骤3中标准化处理后的第k组数据可表示为：
[0016][0017]式中，代表着第k组数据X
k
的均值，代表着第k组数据X
k
的标准差。
[0018]进一步地，所述步骤4中扩展标准化处理后的k组多点同步采样数据的具体操作为：
[0019]根据每转内采集的数据量n，将标准化后的每组多点同步采样数据扩展为n维数据，针对第k组标准化后的数据，扩展后的数据可表示为：
[0020][0021]为了方便表达，我们令第k组扩展后的数据可表示为：
[0022][0023]对于无颤振信号，拓展后多点同步采样本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速和可靠的铣削颤振检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定主轴每转采集的数据量n，每个时间窗口的数据长度nm，m也可以被看作主轴转数，指定颤振阀值T，确定振动传感器的类型和数量k以及其和转速传感器的安装位置，以上振动传感器需安装在不同位置处，以便获取不同位置处的振动数据；步骤2：根据以上k个振动传感器和转速传感器，获取k组多点同步采样数据，这些数据可表示为X1＝[x1(1),x1(2),x1(3),
…
,x1(n),
…
,x1(nm)],X2＝[x2(1),x2(2),x2(3),
…
,x2(n),
…
,x2(nm)],X3＝[x3(1),x3(2),x3(3),
…
,x3(n),
…
,x3(nm)],
…
,X
k
＝[x
k
(1),x
k
(2),x
k
(3),
…
,x
k
(n),
…
,x
k
(nm)]；步骤3：标准化处理获取的k组多点同步采样数据，利用Z
‑
score标准化方法对获取的k组多点同步采样数据标准化处理；步骤4：扩展标准化处理后的k组多点同步采样数据；步骤5：利用中心化处理方法对扩展后的k组多点同步采样数据进行中心化处，然后，融合k组多点同步采样数据包含的颤振信息；步骤6：判定颤振状态是否产生，计算融合颤振信息后数据Z的标准差σ，对比计算所得标准差与预定阀值T，如果σ大于预定阀值T，则可以判定颤振已出现，否则，则认为颤振未出现。2.根据权利要求1所述的快速和可靠的铣削颤振检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵艳青，王海涛，杨莉，向安阳，唐章秋，贺凯，韦月儿，刘召群，邓玟，戴建国，常绿，宋新刚，
申请(专利权)人：淮阴工学院，
类型：发明
国别省市：