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基于振动信号功率谱能量的钛合金铣削过程刀具磨损监测研究

史靠军 胡维鑫 贾保国 田辉 白乐乐 张俊

史靠军, 胡维鑫, 贾保国, 田辉, 白乐乐, 张俊. 基于振动信号功率谱能量的钛合金铣削过程刀具磨损监测研究[J]. 制造技术与机床, 2023, (9): 66-73. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.009
引用本文: 史靠军, 胡维鑫, 贾保国, 田辉, 白乐乐, 张俊. 基于振动信号功率谱能量的钛合金铣削过程刀具磨损监测研究[J]. 制造技术与机床, 2023, (9): 66-73. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.009
SHI Kaojun, HU Weixin, JIA Baoguo, TIAN Hui, BAI Lele, ZHANG Jun. Tool wear monitoring for the titanium alloy milling process based on power spectrum energy of spindle vibration[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (9): 66-73. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.009
Citation: SHI Kaojun, HU Weixin, JIA Baoguo, TIAN Hui, BAI Lele, ZHANG Jun. Tool wear monitoring for the titanium alloy milling process based on power spectrum energy of spindle vibration[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2023, (9): 66-73. doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.009

基于振动信号功率谱能量的钛合金铣削过程刀具磨损监测研究

doi: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2023.09.009
基金项目: 陕西省科技重大专项“面向航空航天精密零件加工的智能生产系统”(2019zdzx01-01-02)
详细信息
    作者简介:

    史靠军,男,1965年生,硕士,研究员级高级工程师,副总工程师,主要研究方向为飞机结构件加工与制造。E-mail:shikj@avic.com

    通讯作者:

    张俊,男,1978年生,博士,教授,主要研究方向为智能工艺及装备、超高速加工机理与工艺。E-mail:junzhang@xjtu.edu.cn

  • 中图分类号: TB535

Tool wear monitoring for the titanium alloy milling process based on power spectrum energy of spindle vibration

  • 摘要: 针对复杂切削工况下钛合金结构件加工过程中刀具磨损监测的难题,提出基于主轴振动信号功率谱能量的刀具磨损监测方法。首先,在剔除振动信号原始数据异常点的基础上,通过功率谱分布提取反映刀具磨损退化过程的0~7f0频带能量指标、过齿频率基频f0和倍频3f0幅值等3个指标作为监测刀具退化过程的敏感指标。其次,提出基于结构件加工质量约束的刀具磨损失效阈值确定方法。最后,在钛合金槽腔结构件上验证了本方法的可行性。结果表明:相比于基于FFT谱、时域统计指标与小波包频带能量的刀具磨损监测方法,文章提出的复杂切削工况下的刀具磨损监测方法效果更加显著,可准确识别刀具的早期磨损。

     

  • 图  1  典型航空结构件

    图  2  槽腔结构件在恒定切削参数下加工时的主轴振动信号(刀具直径16 mm,钛合金材料;切削参数:转速600 r/min,进给速度96 mm/min,切宽2 mm,切深2 mm)

    图  3  刀具磨损过程中振动信号三维频谱图(刀具直径16 mm,钛合金材料;切削参数:转速600 r/min,进给速度96 mm/min,切宽2 mm,切深2 mm)

    图  4  振动信号功率谱与FFT频谱(刀具直径16 mm,钛合金材料;切削参数:转速600 r/min,进给速度96 mm/min,切宽2 mm,切深2 mm)

    图  5  刀具磨损及零件尺寸偏差测量(三坐标测量仪:AEH Daisy系列)

    图  6  实验条件(左侧:加工系统;右侧:数据采集系统及显微镜)

    图  7  振动信号功率谱频带能量0~7f0

    图  8  振动信号功率谱特征频率幅值

    图  9  振动信号FFT谱频带能量0~7f0

    图  10  振动信号FFT谱特征频率幅值

    图  11  时域统计指标

    图  12  小波包频带能量

    表  1  切削用量

    转速/
    (r/min)
    进给速度/
    (mm/min)
    切宽/
    mm
    切深/
    mm
    60012022
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  • 收稿日期:  2023-03-16
  • 录用日期:  2023-07-13

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