采用麥克風進行檢測顫證技術第一頁，共24頁。第二頁，共24頁。一、聲音信號檢測顫振的原理二、常用的基于聲音信號的顫振檢測技術三、顫振檢測技術在模擬條件下的驗證四、顫振檢測技術在真實情況下的驗證五、總結第三頁，共24頁。K.S.Smith發(fā)現加工過程中產生的聲壓信號與刀具的位移成正比。這使得使用麥克風檢測非穩(wěn)態(tài)的顫振成為可能。在穩(wěn)態(tài)切削過程中，主軸轉動（及其諧波）和齒輪傳動的頻率在信號中占支配地位。當系統(tǒng)達到非穩(wěn)態(tài)時會出現其他的一些頻率。因此對與主軸轉動和齒輪轉動不同頻率的峰值進行檢測可以檢測顫振。麥克風已在商業(yè)軟件如AccordMill和Harmonizer中得到了應用。正在開發(fā)的有Chatterpro。第四頁，共24頁。處于非穩(wěn)態(tài)的聲壓信號的頻譜分析第五頁，共24頁。優(yōu)點：麥克風使用簡單不涉及定位問題。缺點：周圍環(huán)境如環(huán)境噪音、聲音反射都會干擾聲音信號。第六頁，共24頁。A基于峰值的檢測方法B基于頻率的檢測方法C基于統(tǒng)計的檢測方法第七頁，共24頁。常用的用兩種方法：最簡單的方法是直接將聲壓的峰值與在穩(wěn)態(tài)時測量的值進行比較。但這種方法容易受到工作環(huán)境的影響。另外一種是將最高峰值與穩(wěn)態(tài)峰值的平均值和系數（6~10）的乘積進行比較。但決定閥值的系數難以確定。第八頁，共24頁。穩(wěn)態(tài)頻譜中主要是齒輪轉動、主軸轉動的頻率及其諧波。非穩(wěn)態(tài)的頻譜中包含了占主導的接近系統(tǒng)本征頻率（也被稱為顫振頻率）的信號。使用FFT變換得到信號的頻譜，并將與穩(wěn)態(tài)頻率相關的峰值移除。剩余的信號如果占主導的是齒輪、主軸轉動頻率的二次諧波，那么系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)；如果站主導的是顫振頻率，那么系統(tǒng)處于非穩(wěn)態(tài)。第九頁，共24頁。該方法最先由Delio提出。其原理：

在穩(wěn)態(tài)時，刀具轉動到相同的位置其刀尖的位置是相同的。而非穩(wěn)態(tài)時，刀尖的軌跡成橢圓形。其位置方差（其中）

當方差超過某一值時判定顫振發(fā)生。

同樣，這種刀尖位置方差計算的方法也適用于聲壓。第十頁，共24頁。首先運用動態(tài)仿真得到的信號對以上三種技術進行測試。該系統(tǒng)參數如下：

零螺旋角單槽圓柱銑刀

主軸轉速恒定為3500r/min

半進入式順銑，切削深度深度為：0.1，0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,1.2,1.4,1.6,1.8,2.0,3.0,4.0,5.0。

撓性工件與進給方向垂直，將模型簡化為單自由度模型。f=100Hz,k=10KN/m,ξ=0.4%第十一頁，共24頁。穩(wěn)態(tài)域曲線在3500RPM左右的區(qū)域該模擬系統(tǒng)的穩(wěn)定域曲線第十二頁，共24頁。切削深度為0.1mm,系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)切削深度為1mm,系統(tǒng)處于非穩(wěn)態(tài)作為研究的信號有兩種：一種是由動態(tài)仿真產生的原始信號；另一種是仿真信號和白噪音（其峰值是仿真信號最大峰值的5%）的疊加。頻域分析在Matlab環(huán)境下進行FFT變換。采用漢寧窗進行加窗處理。第十三頁，共24頁。主導峰的峰值隨軸向切削深度的增加而單調遞增。閥值比率為切削深度0.8mm和0.1mm時方差的比值，其值約為8。白噪音對計算結果沒有影響。最高峰值振幅的變化曲線實線（紅色）為原始信號，虛線（藍色）為疊加信號第十四頁，共24頁。當處于穩(wěn)態(tài)時，主導頻率

齒輪轉動頻率的第二諧波

頻率。隨著切削深度的增加，顫

震頻率所占比重越來越大，

當主導頻率發(fā)生變化時，

即判定系統(tǒng)處于非穩(wěn)態(tài)。白噪音對結果無顯著影響。仿真信號的主導頻率第十五頁，共24頁。閥值比率為切削深度0.8mm和0.1mm時方差的比值，其值約為10。聲壓方差的變化曲線第十六頁，共24頁。信號的觀測結果和顫振指標隨切削深度的變化是一致的。確定的基于主導峰值檢測方法的閥值比率為8；基于統(tǒng)計的檢測方法的閥值比率為10。第十七頁，共24頁。構造實驗第十八頁，共24頁。工件被固定在撓性結構上，該結構盡量接近單自由度系統(tǒng)（本征頻率120.4Hz,阻尼比率為0.38%）。刀具為三槽圓柱形硬質合金刀，麥克風為Bruel&Kjaer2236，在夾具上安裝加速度傳感器。主軸轉速為1200RPM，切削深度范圍為0.3~1.5mm。第十九頁，共24頁。在實際情況下測得的峰值隨切削深度變化的曲線第二十頁，共24頁。閥值定為在有噪音的環(huán)境下測量的峰值最大值的8倍，約為7.818Mv。預測的極限切削深度在0.75~1mm之間。這與觀測到的當切削深度大于0.75mm時表面粗糙的極具增大相符。對從加速度傳感器得到的信號進行分析，其結果與上述分析相同。第二十一頁，共24頁。使用基于頻率的檢測方法的預測結果比基于峰