1.一种车削刀具-工件非线性振动系统耦合特征的研究方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步、建立刀具-工件耦合振动测试系统,刀具-工件耦合振动测试系统主要由三向加速度传感器测振系统和非接触式位移传感器测振系统组成,三向加速度传感器测振系统包括三向加速度传感器和第一信号采集分析系统,将三向加速度传感器置于车削刀具的刀柄下表面前端靠近刀尖处,三向加速度传感器与第一信号采集分析系统相连,第一信号采集分析系统采用采用电荷输入式的信号采集分析系统;非接触式位移传感器测振系统包括非接触式位移传感器和第二信号采集分析系统,将非接触式位移传感器置于工件自由端,第二信号采集分析系统采用电压输入式的信号采集分析系统;
第二步、对工件进行车削试验,分别以三向加速度传感器测振系统和非接触式位移传感器测振系统同步测试车削过程中刀具刀尖处的三向振动及工件平行于刀具刀柄方向的径向振动;
第三步、基于上述获取的刀具与工件振动信号时间序列,绘制相轨图,并调用CORREL(x,y)公式分别计算刀具每两向振动、刀具-工件之间振动的互相关系数,从而判断刀具三向非线性振动中哪两向之间的相互影响最显著以及刀具振动与工件振动的相关性;
第四步、以工件振动位移特征值的实测值与拟合值的差值平方和取最小作为目标函数,基于车削试验数据由最小二乘法原理建立工件径向振动关于刀具径向振动及车削参数之间的拟合模型。
2.根据权利要求1所述一种车削刀具-工件非线性振动系统耦合特征的研究方法,其特征在于:所述非接触式位移传感器为涡电流位移传感器,其量程不大于1.5mm。
3.根据权利要求1所述一种车削刀具-工件非线性振动系统耦合特征的研究方法,其特征在于:所述工件的材质为金属材料。
4.根据权利要求1所述一种车削刀具-工件非线性振动系统耦合特征的研究方法,其特征在于:第二步中,提取不同磨损状态刀具在不同车削参数下的刀具加速度三向振动时间序列及工件振动时间序列备用,并基于时间序列分别绘制各次实验中刀具的x-y、y-z、z-x相轨线图,以观察相轨线图的变化规律。
5.根据权利要求4所述一种车削刀具-工件非线性振动系统耦合特征的研究方法,其特征在于:第三步中,首先基于刀具加速度三向振动时间序列,调用公式CORREL(x1:xn,y1:yn)、CORREL(y1:yn,z1:zn)、CORREL(x1:xn,z1:zn)分别计算刀具三向振动中任意两向之间的互相关性系数,并比较计算出的互相关性系数,得到三向振动中哪两向之间的相关性最强,相互影响最显著;
其次,比较不同磨损状态下刀具的互相关性系数,得到刀具磨损对互相关性系数的影响规律;
然后,观察刀具振动加速度a与工件振动位移y两种信号时间序列的数据长度是否一致,以决定相关性刀具振动与工件振动分析的方法,若刀具振动加速度a与工件振动位移y两种信号时间序列的数据个数一致,则调用公式CORREL(a1:an,y1:yn)计算这两种信号的互相关系数,当计算得到的互相关系数值大时,则说明这两种信号所对应的物理量耦合作用效果强;
若刀具振动加速度a与工件振动位移y两种信号时间序列的数据个数不一致,则分别提取两种信号的特征值,并绘制成表格备用。
6.根据权利要求5所述一种车削刀具-工件非线性振动系统耦合特征的研究方法,其特征在于:第四步中,记车削试验中刀具径向振动加速度最大值为am,工件径向振动位移最大值为ym,车削速度为v,建立工件径向振动位移ym关于刀具径向振动加速度am及车削速度v之间的耦合模型其中, 为位移ym的拟合值,C,x,w为拟合待定参数。