一種基于振動信號的主軸隔圈加工質量動態檢測方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于機床主軸隔圈加工質量檢測領域，具體涉及一種基于振動信號的主軸 隔圈加工質量動態檢測方法。
【背景技術】
[0002] 隔圈是機床主軸系統中的關鍵零部件之一，內、外隔圈組的合理配合使用能改變 預負荷，消除軸承游隙和提高主軸系統的剛度，進而提升主軸的動、靜態性能。目前的精密、 高速主軸隔圈通常經磨削加工而成，并經微米級檢測工具檢測其尺寸和形位公差。然而這 種在靜止狀態下的檢測方法并不能反應隔圈加工制造誤差對主軸動態性能的影響，特別是 對于精密、高速主軸而言，這種影響尤為顯著。因此，精密、高速主軸領域亟需一種針對隔圈 加工質量的動態檢測方法，而目前此類方法和研究還未見報道。
【發明內容】
[0003] 為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種基于振動信號的主軸 隔圈加工質量動態檢測方法，能夠對精密、高速主軸隔圈的加工質量進行動態檢測，以選配 出既滿足靜態檢測性能、又滿足動態檢測性能的內、外隔圈組。
[0004] 為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：
[0005] -種基于振動信號的主軸隔圈加工質量動態檢測方法，包括以下步驟：
[0006] 1)對于精密、高速主軸隔圈，先分別篩選出滿足靜態檢測質量要求的內、外隔圈， 并利用動平衡機挑選出一組滿足動平衡要求的隔圈作為標準隔圈組；
[0007] 2)將標準隔圈組安裝在檢測主軸中，使檢測主軸在額定轉速下運轉，將采集到的 主軸振動信號經小波降噪后進行時域/頻域分析，得到時域指標和頻域指標；
[0008] 3)將檢測隔圈組安裝在同一檢測主軸中，使檢測主軸在額定轉速下運轉，將采集 到的主軸振動信號經小波降噪后進行時域/頻域分析，得到時域指標和頻域指標，主軸振 動信號經小波降噪后進行時域/頻域分析過程和步驟2)相同；
[0009] 4)在計算比較器中分別計算檢測隔圈組與標準隔圈組之間時域指標、頻域指標的 誤差，所有的時域指標和頻域指標誤差都不大于給定允差時，即認為檢測隔圈組加工質量 動態性能檢測合格；反之，則認為檢測隔圈組不合格。
[0010] 所述的步驟1)篩選出滿足靜態檢測質量要求的內、外隔圈的具體方法是：使用千 分表檢測內、外隔圈的尺寸公差和形位公差，凡符合圖紙要求的即為滿足靜態檢測質量要 求；否則不滿足靜態檢測質量要求。
[0011] 所述的步驟2)主軸振動信號經小波降噪后進行時域/頻域分析過程為：
[0012] 含噪振動信號可表示為降噪后信號與噪聲信號之和，即：
[0013] f(t) =x(t)+n(t) (1)其中，X(t)為降噪后的信號，n(t)噪聲信號，
[0014] 小波降噪過程分為小波變換、閾值處理和信號重構三步，信號f(t)的離散小波變 換為： UiN 丄 丄 Λ J 厶/ 吁 X
[0015]
(2)
[0016] 式中，Wfp為小波系數，j表示分解層數，m = 0, 1，2，…，2 Μ ; Φ p為小波函數， 表示共輒，
[0017] 小波變換后，對小波系數進行閾值處理，此處使用閾值函數：
[0018]
[0019] 式中，λ為閾值，sgn為符號函數，
[0020] 于是，經閾值處理后，Wfjini變為Wf ^'，最后對Wfjini'進行信號重構：
[0021]
C 4.)
[0022] 式中，x(t)即為小波降噪后的信號，
[0023] 信號降噪后再進行時域和頻域分析，得到時域指標和頻域指標，
[0024] 時域分析得信號均值、峰值、方根幅值、均方根值、標準差和無量綱參數指標，由于 不同的隔圈誤差會在振動信號上反映出不同的振動強度和信號波動，此處為了反映信號強 度和信號波動量，選取均方根值和標準差作為時域指標，
[0025] 離散信號的均方根值標準差X std分別表示為：
[0026] (5)
[0027] (6)
[0028] 其中，N為信號x(t)長度，η = 0，1，2，"·，Ν-1 ;x(n)和x(t)具有--對應關系， t = nAt，At是采樣間隔；Xni為信號均值，由公式（7)得出，
[0029] m
[0030] 頻域分析得到振動信號頻譜圖，離散信號Fourier變化公式為
[0031]
[0032] 式中：x (n At)是信號的采樣值，k是頻域離散值的序號，η是時域離散值的序號，
[0033] 對信號X (t)進行頻域分析后，在轉頻11。/60抱處有峰值譜線，設其幅值為W，選取 此幅值為頻域指標。
[0034] 本發明的有益效果為：
[0035] 本發明通過采集主軸振動信號并計算檢測隔圈組與標準隔圈組之間時域指標、時 域指標的誤差，對精密、高速主軸隔圈的加工質量進行動態檢測，能夠克服傳統的靜態檢測 方法不能反映隔圈加工制造誤差對主軸動態性能影響的缺點，對精密、高速主軸隔圈加工 質量檢測具有重要意義，方法簡便，檢測結果較準確。
【附圖說明】
[0036] 附圖為本發明的流程圖。
【具體實施方式】
[0037] 下面結合附圖對本發明作具體描述。
[0038] 參照附圖，一種基于振動信號的主軸隔圈加工質量動態檢測方法，包括以下步 驟：
[0039] 1)對于精密、高速主軸隔圈，先分別篩選出滿足靜態檢測質量要求的內、外隔圈， 一般使用微米級的千分表進行檢測，使用千分表檢測內、外隔圈的尺寸公差和形位公差，凡 符合圖紙要求的即為滿足靜態檢測質量要求；否則不滿足靜態檢測質量要求，并利用動平 衡機挑選出一組滿足動平衡要求的隔圈作為標準隔圈組；
[0040] 2)將標準隔圈組安裝在檢測主軸中，使檢測主軸在額定轉速下運轉，將采集到的 主軸振動信號經小波降噪后進行時域/頻域分析，得到時域指標和頻域指標；
[0041] 主軸振動信號經小波降噪后進行時域/頻域分析過程為：
[0042] 含噪振動信號可表示為降噪后信號與噪聲信號之和，即：
[0043] f(t) =x(t)+n(t) (1)其中，x(t)為降噪后的信號，n(t)噪聲信號，
[0044] 小波降噪過程分為小波變換、閾值處理和信號重構三步，信號f(t)的離散小波變 換為：
[0045] (2)
[0046] 式中，Wfp為小波系數，j表示分解層數，m = 0, 1，2，…，