[发明专利]一种基于声压能量峭度指标的早期车削颤振预警监测方法

说明书

本发明属于机械加工过程中的颤振监测领域；目前大多数的研究参数构造都能够准确判别颤振发生后的状态，但这些参数对早期颤振征兆的响应极为缓慢，阈值的选取也不易确定，本发明提供一种基于声压能量峭度指标的早期车削颤振预警监测方法，声压信号传感器实时采集切削过程中的声压信号，对声压信号进行小波包分解，提取目标颤振频带的小波包系数，计算目标颤振频带的小波包能量，目标颤振频带的能量峭度指标K_E和能量比R超过设定的阈值时，发出颤振孕育特征预警和/或颤振警报，解决现有颤振监测技术中早期颤振信号微弱，不易监测以及对颤振信号特征响应慢的问题。

技术领域

本发明属于机械加工过程中的颤振监测领域，更具体的说，涉及一种基于声压能量峭度指标的早期车削颤振预警监测方法。

背景技术

机械加工过程中，由于切削厚度不均，导致工件和刀具组成的整个车削系统极易发生颤振，严重影响工件加工精度，降低刀具和机床的使用寿命，产生污染周围环境的切削噪声。随着工厂自动化的发展,机械加工的柔性化要求切削加工可对不同的工件和在不同工作条件下进行,因此通过颤振预防控制的方法往往不能从根本上杜绝颤振现象的出现,所以对其进行在线监视预报和控制成为改善切削系统稳定性的一项关键性技术。颤振监测技术由传感器的选用、特征信号提取和预报判决三个环节组成。

现目前国内外研究学者多采用测振传感器(如振动位移、振动加速度)、力传感器和电流信号传感器(传统的振动、测力传感器)，并从中提取表征颤振的特征信息，但这些传感器都涉及与工件、刀具和主轴有直接接触，造成安装不便。采用加速度传感器检测振动信号方法的公开文件如：专利号为CN106021906A的一种基于倒频谱分析的颤振在线监测方法所提供的技术方案。与振动加速度信号相比，测力传感器受外界干扰小，但是安装较为复杂。

对于特征信号的提取，早期微弱的颤振征兆极易淹没在其他信号中，一般很难直接通过传感信号判断颤振预兆的出现，所以运用信号处理方法在时域或者频域范围获取颤振预兆特征(如时域方差、和频谱图等)，但方差极易受噪声影响造成误判，而快速傅里叶变换又对非平稳信号无能为力。

预报判决的准确性与快速性取与特征参数的构造和阈值的选取有关，目前大多数的研究参数构造都能够准确判别颤振发生后的状态，但这些参数对早期颤振征兆的响应极为缓慢，阈值的选取也不易确定。颤振监测的关键在于信号特征提取的准确性与时效性，即特征参数的构造必须能够充分反映切削颤振的本质与特征，还要充分考虑信号采集和数据处理的简便易行；目前大多数检测手段和特征提取方法都能准确表达颤振的发生，但构造的特征参数对颤振开始孕育时的响应都不够迅速。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种基于声压能量峭度指标的早期车削颤振预警监测方法，该发明以切削过程中产生的声压信号作为颤振监测的信号源，提出以小波包能量峭度指标作为早期颤振的识别特征参数，提供切削颤振在线监测的快速性。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种基于声压能量峭度指标的早期车削颤振预警监测方法，采用声压信号传感器实时采集切削过程中的声压信号，以工件每旋转一周为一个数据处理间隔，声压信号传输至计算机中进行存储，对声压信号进行小波包分解，提取目标颤振频带的小波包系数，并计算目标颤振频带的小波包能量，计算目标颤振频带的能量峭度指标K_E和能量比R并分别与设定的阈值进行比较，当能量峭度指标K_E大于设定的阈值时发出颤振孕育特征预警；当能量比R大于设定阈值时发出颤振警报，具体包括以下步骤：

步骤1.车削加工前，对柔性工件主轴系统进行一次有效的锤击试验，获取工件主轴系统的一阶固有频率，以工件一阶固有频率所在频带为目标颤振频带；