本文關(guān)鍵詞：基于傳感器信號的鉆頭軸向偏移識別與研究

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【摘要】：鉆削過程中,機床主軸橫向振動有時會導致鉆尖在接觸工件瞬間偏離主軸中心,從而引發(fā)鉆頭軸向偏移現(xiàn)象。該現(xiàn)象會導致零部件上孔的加工質(zhì)量降低,嚴重時甚至會使整個零部件報廢。在鉆頭軸向偏移抑制研究中,快速、準確的識別鉆頭軸向偏移現(xiàn)象是整個研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。因此,本文提出了一種基于傳感器信號的鉆頭軸向偏移識別研究方法,分別在鉆頭軸向偏移機理分析、傳感器信號采集及預處理、鉆頭軸向偏移特征信號提取、特征信號時頻域分析、模式識別、實驗驗證等方面進行了研究。(1)鉆頭軸向偏移機理分析�；诮�(jīng)典的鉆入階段力學模型詳細分析了鉆頭發(fā)生軸向偏移時的受力情況,得出鉆頭軸向偏移的表現(xiàn)特征,并提出采用傳感器信號來研究鉆頭軸向偏移的新思路。(2)傳感器信號采集及去噪處理。建立鉆削實驗平臺,采集鉆削過程振動信號、聲發(fā)射信號和主軸功率信號,并采用譜減法對采集的原信號進行去噪處理。(3)鉆頭軸向偏移特征信號提取與分析。首先,對主軸功率信號進行RMS分析和幅值變化率計算,提取出各孔鉆削過程中鉆入階段的信號;然后,采用EMD分解方法提取鉆頭軸向偏移特征信號,并對其進行時域分析;最后,對鉆頭軸向偏移特征信號進行AR模型功率譜估計,分析其在頻域上的特點。(4)基于小波包分解和分形盒維數(shù)的鉆頭軸向偏移研究分析。根據(jù)鉆頭軸向偏移特征信號在頻域上特點,首先,采用小波包分解將鉆頭軸向偏移特征信號進行分頻處理,將發(fā)生突變的頻率帶信號分離出來;然后,采用分形盒維數(shù)方法對各節(jié)點信號進行維數(shù)求解;最后,對各孔鉆頭軸向偏移特征信號分形維數(shù)變化情況進行了定量分析。(5)鉆頭軸向偏移及其對孔表面質(zhì)量影響程度的實驗驗證。開展了兩類實驗:其一是通過比較孔的前端和后端的直徑參數(shù)來判斷該孔鉆削過程中鉆頭是否發(fā)生偏移;其二是測量孔鉆入端的表面粗糙度來將各孔鉆頭軸向偏移對孔表面質(zhì)量影響程度進行分類,并與理論分析結(jié)果相對比,評估理論分析結(jié)果的有效性。理論分析和實驗結(jié)果表明:采用本文所述方法,既能有效識別鉆頭軸向偏移狀態(tài),又能準確評估其對孔表面質(zhì)量的影響程度。該方法為今后鉆頭軸向偏移抑制研究提供了一種新思路。
【關(guān)鍵詞】：鉆頭軸向偏移 傳感器信號 時頻域分析 小波包分解 分形維數(shù)
【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG52;TP212.9
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 鉆頭軸向偏移研究現(xiàn)狀9-11
• 1.1.1 鉆頭軸向偏移機理研究現(xiàn)狀9-10
• 1.1.2 鉆頭軸向偏移對孔質(zhì)量影響研究現(xiàn)狀10-11
• 1.2 基于傳感器信號的鉆頭軸向偏移研究思路11
• 1.3 傳感器信號選擇與分析方法研究現(xiàn)狀11-14
• 1.3.1 傳感器信號的選擇11-12
• 1.3.2 傳感器信號的時頻域分析方法12-13
• 1.3.3 傳感器信號的模式識別方法13-14
• 1.4 論文主要研究內(nèi)容及來源14-16
• 第2章 鉆頭軸向偏移機理分析及識別方法原理概述16-23
• 2.1 鉆頭軸向偏移機理分析16-22
• 2.1.1 鉆入力學模型16-19
• 2.1.2 鉆頭軸向偏移受力分析19-22
• 2.2 鉆頭軸向偏移狀態(tài)識別方法原理概述22
• 2.3 本章小結(jié)22-23
• 第3章 鉆削實驗23-31
• 3.1 鉆削實驗平臺的建立23-26
• 3.2 信號采集與預處理26-30
• 3.2.1 信號采集與描述26-27
• 3.2.2 信號預處理27-30
• 3.3 本章小結(jié)30-31
• 第4章 鉆頭軸向偏移特征信號的提取31-45
• 4.1 鉆削階段及瞬態(tài)點劃分31-32
• 4.1.1 鉆削階段31
• 4.1.2 瞬態(tài)時刻點31-32
• 4.2 鉆入階段信號提取32-34
• 4.3 基于EMD分解的鉆頭軸向偏移信號提取34-40
• 4.3.1 EMD分解的原理35-36
• 4.3.2 鉆入階段信號的EMD分解36-40
• 4.4 鉆頭軸向偏移特征信號功率譜分析40-44
• 4.4.1 功率譜估計40-41
• 4.4.2 AR模型及功率譜分析41-42
• 4.4.3 鉆頭軸向偏移特征信號功率譜分析42-44
• 4.5 本章小結(jié)44-45
• 第5章 基于小波包分解和分形盒維數(shù)的鉆頭軸向偏移特征信號研究45-54
• 5.1 小波包分解45-47
• 5.1.1 小波包分解基本理論45-47
• 5.1.2 鉆頭軸向偏移信號小波包分解及重構(gòu)算法47
• 5.2 鉆頭軸向偏移特征信號小波包分解47-49
• 5.3 分形維數(shù)49-50
• 5.3.1 分形維數(shù)基本理論49
• 5.3.2 分形盒維數(shù)49-50
• 5.3.3 分形盒維數(shù)計算方法50
• 5.4 鉆頭軸向偏移特征信號分形維數(shù)研究50-53
• 5.5 本章小結(jié)53-54
• 第6章 鉆頭軸向偏移及其對孔表面質(zhì)量影響的實驗驗證54-60
• 6.1 鉆頭軸向偏移的實驗驗證54-56
• 6.1.1 實驗方法54-55
• 6.1.2 結(jié)果對比55-56
• 6.2 鉆頭軸向偏移對孔表面質(zhì)量影響程度的實驗驗證56-59
• 6.2.1 實驗方法56-57
• 6.2.2 結(jié)果對比57-59
• 6.3 本章小結(jié)59-60
• 第7章 總結(jié)與展望60-62
• 7.1 工作總結(jié)60
• 7.2 研究展望60-62
• 參考文獻62-69
• 致謝69-70
• 個人簡歷、在校期間發(fā)表的學術(shù)論文與研究成果70

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