铣削加工过程的振动监测与分析

论文摘要

高速铣削加工过程中的振动会降低工件加工表面的质量,影响加工的精度,并缩短刀具乃至机床的使用寿命。振动的大小会随着切削参数改变而改变,因此有必要对切削参数与铣削振动的关系作研究。论文在对切削振动的信号采集方法、虚拟仪器的优越性分析研究的基础上,开发了基于虚拟仪器的切削振动监测和分析系统,对开发中的关键问题及解决方法进行了阐述。以实际加工零件为研究对象,研究了整个工艺系统的动态特性,设计了改变进给速度、切削深度和主轴转速的单因素试验,并对加工中的加速度信号进行了采集,用以研究铣削过程中切削参数与铣削振动之间的关系。研究了振动信号的时域和频域分析方法,针对振动试验数据分别采用时域、频率(FFT)及时频联合分析方法对振动数据进行分析。通过试验数据研究实际零件铣削加工过程中的振动,分析加工过程中的振动原因以及影响的因素。提取实际零件的结构特征,进行铣削试验,验证实际零件加工过程中得到的相关结论。最后,结合试验研究的结果分析薄壁零件的加工工艺,通过加工工艺的改进来减轻薄壁零件加工中的振动,并给出了适合零件铣削的工艺参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的和意义
• 1.2 国内外研究发展概况
• 1.2.1 切削振动的研究综述
• 1.2.2 切削振动在线监测技术
• 1.2.3 切削振动信号处理与分析技术
• 1.2.4 薄壁零件加工中的抑振
• 1.3 论文课题的研究背景和主要内容
• 第二章 切削振动信号采集系统
• 2.1 切削振动信号采集与分析系统的方案设计
• 2.2 切削振动信号采集系统硬件
• 2.2.1 系统硬件结构
• 2.2.2 测振传感器
• 2.2.3 数据采集卡
• 2.3 切削振动信号采集与分析系统软件设计
• 2.4 数据采集系统开发中的关键技术
• 2.4.1 第三方板卡驱动的调用方法
• 2.4.2 软件的线程机制
• 2.4.3 数据的高速实时采集技术
• 2.4.4 振动数据采集的程序流程
• 第三章 切削振动信号分析技术及系统开发
• 3.1 振动信号分析方法
• 3.1.1 振动信号预处理方法
• 3.1.1.1 剔点处理
• 3.1.1.2 消除趋势项
• 3.1.1.3 降噪处理
• 3.1.2 振动信号的时域分析方法
• 3.1.3 振动信号的频域分析方法
• 3.1.3.1 经典频谱分析
• 3.1.3.2 时频分析
• 3.2 切削振动信号分析系统开发
• 3.2.1 采用事件结构开发分析模块
• 3.2.2 分析功能的实现
• 3.2.3 分析应用举例
• 第四章 铣削振动试验研究与分析
• 4.1 试验设计
• 4.1.1 试验目的
• 4.1.2 试验对象
• 4.1.3 试验内容
• 4.2 固有频率的测试
• 4.2.1 模态试验原理
• 4.2.2 模态试验
• 4.3 单次走刀铣削试验
• 4.4 铣削参数与铣削振动之间的关系分析
• 4.4.1 进给速度对振动的影响
• 4.4.2 轴向切深对振动的影响
• 4.4.3 主轴转速对振动的影响
• 4.5 壁厚与铣削振动之间的关系
• 4.5.1 实际零件试验
• 4.5.2 方料试件试验
• 4.5.2.1 轴向切削试验
• 4.5.2.2 径向切削试验
• 4.5.3 减小薄壁零件振动的途径
• 4.6 分析结果总结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文
• 附录