切削颤振监测中用模糊熵识别瞬时冲击的试验研究.pdf

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1、机械工程师MECHANICALENGINEER朱长春。邱飞(中冶南方(武汉)重-r$fj造有限公司，武汉430084)摘要：方差能够很好反应颤振发生时信号幅值不断增大这一趋势，但无法识别瞬时冲击。模糊熵能反映信号不同状态下复杂度的差异，因此考虑将方差与模糊熵结合起来对切削状态进行识别。试验结果表明，该方法能有效区分正常切削、瞬时冲击和颤振3种状态，为切削颤振监测与控制研究提供了一条新的思路。关键词：切削颤振：瞬时冲击：模糊熵：特征量：监测中图分类号：TG548文献标志码：A文章编号：1002—2333(2017)01—0183—04Experiment

2、alStudiesonRecognitionofInstantaneousShockbyFuzzyEntropyinCuttingChatterMonitoringZHUChangchun，QiUFei(Wisdri(Wuhan)HeavyMachineryCo．，Ltd，Wuhan430084，China)Abstract：ThevariancecanreflectwellthetendencyforthesignalamplitudetoincreaseconstantlywhenchatterOCCURS，however,itcann’tiden

3、tifytheinstantaneousshock．Fuzzyentropycanreflectthecomplexityofthesignalunderdifferentconditions．Therefore，itisconsideredtocombinethevarianceandfuzzyentropytorecognizethecuttingstates．Thetestresultshowthatthismethodcaneffectivelydistinguishthethreestatesofnormalcutting，instantan

4、eousshockandchatter，andprovidesanewideafortheresearchofmonitoringandcontrolofcuttingchatter．Keywords：cuttingchatter，Instantaneousshock，fuzzyentropy，featurevector，monitoring0引言切削颤振是机械加工过程中机床、工件和刀具之间发生的一种强烈的相对振动，它会降低零件表面质量、加剧刀具磨损、制造噪声等，因此需及早察觉并提前预防。机床切削颤振监测与控制技术是近40a发展起来的，它自动地对加工过

5、程进行实时监测并进行判断，在发现颤振后立即对机床的状态进行调节，从而减小或抑制颤振的进一步发展。切削颤振监测的一个关键环节是选择一个快速、准确的判别函数。文献[1]早就指出，方差0-2能够很好反应颤振信号在时域中幅值不断增大这一趋势(图1所示)，因此将方差作为判断颤振发生的依据。但用方差作为唯一特征量存在一些不足，如在实际切削加工过程中，因刀具崩刃、断齿及毛坯缺陷、局部硬点等因素造成的瞬时冲击无处不在。瞬时冲击虽然时间短，但幅值却可能相当大5432I1I，。山⋯圳山h山J．1；ji山叫⋯弛。n曲l“‘洼‰^。。lI“lI】i塾型面—r卵口唧1’l

6、r1

7、册胛r唧阿『1P哪叩r唧伊T唧。l·l一一ll一2—3—4—0100020003000400050006000时间／ms图2有瞬时冲击的切削信号网址：WWW．jxgcs．com电邮：hrbengineer@163．com2017年第1期l183机械工程师MECHANICALENGINEER值不会产生突变；2)凸性质保证了向量自身的自相似性值最大。模糊熵继承了样本熵的优点，又克服了样本熵缺乏连续性、对阈值取值敏感等缺点，因而结果更准确合理【4]。切削加工时，正常切削振动、瞬时冲击振动和颤振振动的机理各不相同，它们的复杂性(不规则性)各不相同，因此，理论上

8、可以用模糊熵值来对上述3种状态进行区分。模糊熵的定义如下：a．燃采样序列为{H(i)：1≤i≤Ⅳ}；b．按序列顺序重构生成一组m维向量，《‘={“(i)一M。(i)，u(i+l-uo(z)，⋯u(i+m一1)一uo(i)}，其中i=1，2，⋯，N—m+1；H。(i)：上∑M(吲)；¨‘i=0c．定义矢量《和Xm的距离《为两者对应元素差值的最大值茁=d[譬，五m_⋯ma州x(IM(i如)一u。(i))一(“(『“)-uo(j)1)，i，j=l，2，。。‘Ⅳ-m；i巧；d．通过模糊函数“(《，n，r)定义犬萤五；m和譬的相似度O。m．、：m护mr)=exp

9、(一(咖)n)，其中模糊函凯(d；，Rr)为指数函数，n和玢别为其边界的梯度和宽度；e．定义函