RU2535334C2 - Method of vibration diagnostics of machine resilient system with application of power impact generator included into "machine-accessory-tool-part" system - Google Patents

Method of vibration diagnostics of machine resilient system with application of power impact generator included into "machine-accessory-tool-part" system Download PDF

Info

Publication number
RU2535334C2
RU2535334C2 RU2012156193/28A RU2012156193A RU2535334C2 RU 2535334 C2 RU2535334 C2 RU 2535334C2 RU 2012156193/28 A RU2012156193/28 A RU 2012156193/28A RU 2012156193 A RU2012156193 A RU 2012156193A RU 2535334 C2 RU2535334 C2 RU 2535334C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
machine
force
signals
help
tool
Prior art date
Application number
RU2012156193/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012156193A (en
Inventor
Фан Сагирович Сабиров
Михаил Павлович Козочкин
Олег Савельевич Кочетов
Original Assignee
Олег Савельевич Кочетов
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Олег Савельевич Кочетов filed Critical Олег Савельевич Кочетов
Priority to RU2012156193/28A priority Critical patent/RU2535334C2/en
Publication of RU2012156193A publication Critical patent/RU2012156193A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2535334C2 publication Critical patent/RU2535334C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention is designed for diagnostics of a resilient system in metal-cutting machines. The method of vibration diagnostics of the resilient system of the machine using a power impact generator, included into the "machine-accessory-tool-part" system, consisting in the fact that harmonic, pulse or random excitation is arranged at the inlet in the resilient system of the machine, and system response at the outlet is measured, at the same time to produce dynamic characteristics, they excite the investigated structure with the help of the measured dynamic force, differing by the fact that harmonic and random excitation is provided with the help of a piezoceramic contact vibrator, and to create pulse power impact, a generator is used, afterwards signals are supplied to a two-channel spectrum analyser, in which they produce, with the help of spectral analysis of complex signals, based on quick Fourier transform, frequency characteristics, and analogue signals arriving to the analyser inlets are filtered, selected and converted with the help of an analogue-to-digital converter into a digital form for production of series of digital data - implementation, and by speed of selection and duration of implementation they determine the frequency range and the resolving capacity during analysis of investigated characteristics, and the force supplied to the investigated object during turning of the mandrel with the cutter is measured with the help of a piezoelectric dynamometer.
EFFECT: increased accuracy of measurements, as well as expansion of technological capabilities during diagnostics of a resilient system of a machine.
2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение предназначено для проведения диагностики упругой системы металлорежущих станков.The invention is intended for diagnostics of an elastic system of machine tools.

В настоящее время промышленность выпускает стенды и приборы для контроля параметров виброакустических сигналов, по которым можно судить о динамике упругой системы станка по состоянию подшипниковых узлов [Балицкий Ф.Я., Иванова М.А., Соколова А.Г., Хомяков Е.И. Виброакустическая диагностика зарождающихся дефектов. - М.: Наука, 1984. - с. 78-83]. Сборка высокоскоростных шпиндельных узлов проводится в термостатированных помещениях, по строго определенной методике, со строгим контролем отклонений отдельных деталей от заданной геометрии, а после сборки шпиндель подвергается многочасовой обкатке на специальном стенде с регистрацией температуры в нескольких точках узла и момента сопротивления вращению.Currently, the industry produces stands and devices for controlling the parameters of vibroacoustic signals, which can be used to judge the dynamics of the elastic system of the machine by the state of the bearing assemblies [Balitsky F.Ya., Ivanova MA, Sokolova AG, Khomyakov E.I. . Vibroacoustic diagnostics of incipient defects. - M .: Nauka, 1984. - p. 78-83]. The assembly of high-speed spindle units is carried out in thermostatically controlled rooms, according to a strictly defined method, with strict control of the deviations of individual parts from a given geometry, and after assembly, the spindle is run for many hours on a special stand with registration of temperature at several points of the unit and the moment of resistance to rotation.

К недостаткам известных способов следует отнести то обстоятельство, что контролируя только температуру, нельзя проникнуть в сущность процессов, протекающих в шпиндельных узлах при холостом вращении шпинделя, при работе под нагрузкой и при повышении температуры. Сегодня назрела необходимость применения новых методик и способов виброакустической диагностики, позволяющих значительно глубже по сравнению с температурой проникать в сущность процессов, протекающих в шпиндельных узлах при холостом вращении шпинделя, при работе под нагрузкой и при повышении температуры.The disadvantages of the known methods include the fact that by controlling only the temperature, it is impossible to penetrate into the essence of the processes occurring in the spindle units during idle rotation of the spindle, when operating under load and with increasing temperature. Today, the need has ripened for the application of new methods and methods of vibroacoustic diagnostics, which can penetrate much more deeply than temperature into the essence of the processes occurring in the spindle units when the spindle is idle, when working under load and when the temperature rises.

Наиболее близким техническим решением по технической сущности и достигаемому результату является способ диагностики шпиндельного узла по патенту РФ №2124966, кл. B23B 25/06, G01M 13/02 (прототип). Согласно прототипу диагностика реализуется следующим образом. После выбора режима испытаний станок включается, и производится обработка средней части оправки резцом. Сигналы от датчиков перемещения, расположенных в двух поперечных сечениях оправки, поступают сначала в усилительно-преобразующую аппаратуру, а потом в компьютер, где производится построение траектории оси оправки в двух сечениях. В результате движения вершина резца описывает на поверхности оправки некоторую кривую, которая формирует "геометрический образ" обработанного сечения. Программное обеспечение позволяет производить построение на экране дисплея "геометрического образа" в трехмерном пространстве, по которому определяют целый комплект параметров точности обработанной оправки, т.е. осуществляют на входе гармоническое, импульсное возбуждение в упругой системе станка и замеряют отклик системы на выходе, при этом для получения динамических характеристик возбуждают исследуемую конструкцию с помощью замеряемой динамической силы.The closest technical solution to the technical nature and the achieved result is a method for diagnosing a spindle assembly according to the patent of the Russian Federation No. 21244966, class. B23B 25/06, G01M 13/02 (prototype). According to the prototype, the diagnosis is implemented as follows. After selecting the test mode, the machine turns on, and the middle part of the mandrel is machined with a cutter. The signals from the displacement sensors located in two cross sections of the mandrel are fed first to the amplification-converting equipment, and then to the computer, where the trajectory of the axis of the mandrel in two sections is constructed. As a result of the movement, the tip of the cutter describes a curve on the surface of the mandrel, which forms a "geometric image" of the processed section. The software allows building a “geometric image” on a display screen in three-dimensional space, which determines a whole set of accuracy parameters of the processed mandrel, i.e. carry out harmonic, pulsed excitation at the input in the elastic system of the machine and measure the response of the system at the output, while, to obtain dynamic characteristics, the investigated structure is excited with the help of the measured dynamic force.

Недостатком известного технического решения является сравнительно невысокая точность воспроизведения геометрического образа обработанного сечения эталонной заготовки и отсутствие возможности виброакустической диагностики, позволяющей значительно глубже по сравнению с температурой оценить сущность процессов, протекающих в шпиндельных узлах при холостом вращении шпинделя, при работе под нагрузкой и при повышении температуры.A disadvantage of the known technical solution is the relatively low accuracy of reproducing the geometric image of the processed cross section of the reference workpiece and the lack of the possibility of vibro-acoustic diagnostics, which allows a much deeper assessment of the nature of the processes occurring in the spindle units when the spindle is idle, when operating under load and when the temperature rises.

Технически достижимым результатом является повышение точности измерений, а также расширение технологических возможностей при проведении диагностики упругой системы станка.A technically achievable result is an increase in the accuracy of measurements, as well as the expansion of technological capabilities during diagnostics of the elastic system of the machine.

Это достигается тем, что в способе вибродиагностики упругой системы станка с применением генератора силового воздействия, входящего в систему «станок-приспособление-инструмент-деталь», заключающемся в том, что осуществляют на входе гармоническое, импульсное или случайное возбуждение в упругой системе станка и замеряют отклик системы на выходе, при этом для получения динамических характеристик возбуждают исследуемую конструкцию с помощью замеряемой динамической силы, при этом гармоническое и случайное возбуждение обеспечивают с помощью пьезокерамического контактного вибратора, при этом переменное усилие создают пьезокерамическими кольцами, на которые подают электрическое напряжение, и изменяют толщину пьезоэлемента, а для создания импульсного силового воздействия применяют генератор, представляющий собой цилиндрическую оправку, в которой выполнен продольный паз заданной глубины, реализующей амплитуду входного импульсного воздействия, и которую жестко закрепляют в шпиндельном узле станка, а частоту входного импульсного воздействия задают скоростью вращения шпинделя, при этом шириной паза меняют продолжительность импульса, а значит, и частотный диапазон спектра возбуждения, после чего сигналы подают на двухканальный спектроанализатор, в котором получают с помощью спектрального анализа сложных сигналов, основу которого составляет быстрое преобразование Фурье, частотные характеристики, а поступающие на входы анализатора аналоговые сигналы фильтруют, отбирают и преобразуют с помощью аналого-цифрового преобразователя в цифровую форму для получения серий цифровых данных - реализации, представляющих собой временную историю сигналов на протяжении соответствующих временных интервалов, а по скорости выборки и продолжительности реализации определяют частотный диапазон и разрешающую способность при анализе исследуемых характеристик.This is achieved by the fact that in the method of vibration diagnostics of the elastic system of the machine using a power generator included in the machine-tool-tool-component system, which consists in the fact that harmonic, pulse or random excitation is performed at the input in the elastic system of the machine and measure the response of the system at the output, in order to obtain dynamic characteristics, the investigated structure is excited with the help of a measured dynamic force, while harmonic and random excitation provide a piezoelectric ceramic contact vibrator, while the alternating force is created by piezoceramic rings, which are supplied with electric voltage, and the thickness of the piezoelectric element is changed, and to create a pulsed force, a generator is used, which is a cylindrical mandrel in which a longitudinal groove of a given depth is realized that implements the amplitude of the input pulsed impact, and which is rigidly fixed in the spindle unit of the machine, and the frequency of the input pulse action is set by the rotation speed spindle, in this case, the width of the groove changes the pulse duration, and hence the frequency range of the excitation spectrum, after which the signals are fed to a two-channel spectrum analyzer, which is obtained by spectral analysis of complex signals, the basis of which is the fast Fourier transform, frequency characteristics, and analyzer inputs the analog signals are filtered, selected and converted using an analog-to-digital converter into digital form to obtain a series of digital data - implementation, presentation They represent the time history of signals over the corresponding time intervals, and the frequency range and resolution in the analysis of the studied characteristics are determined by the sampling speed and duration of implementation.

На фиг.1 изображена блок-схема динамического возбуждения при вибродиагностике упругих систем станков, на фиг.2 представлена схема пьезоэлектрического вибратора для контактного нагружения упругой системы, на фиг.3 изображена схема генератора импульсного воздействия, входящего в систему «станок-приспособление-инструмент-деталь», на фиг.4 изображена схема установки пьезоэлектрического динамометра, на фиг.5 изображена блок-схема двухканального спектроанализатора.Figure 1 shows a block diagram of dynamic excitation during vibration diagnostics of the elastic systems of machine tools, figure 2 shows a diagram of a piezoelectric vibrator for contact loading of an elastic system, figure 3 shows a diagram of a pulse generator included in the system "machine-tool-tool- detail ", figure 4 shows the installation diagram of a piezoelectric dynamometer, figure 5 shows a block diagram of a two-channel spectrum analyzer.

Устройство для реализации способа вибродиагностики упругой системы станка с применением генератора силового воздействия, входящего в систему «станок-приспособление-инструмент-деталь», (фиг.1) включает в себя станину 1, на которой установлен шпиндельный узел 2 и генератор 3 соответственно для получения сигналов: 4 - простейшее синусоидальное колебание, 5 - совокупность колебаний, 6 - сложение синусоидальных колебаний, 7 - возбуждение в виде импульсного сигнала. Для получения гармонического синусоидального сигнала используется вибратор, а для импульсного цилиндрическая оправка с продольным пазом. Для получения динамических характеристик необходимо возбуждать исследуемую конструкцию с помощью замеряемой динамической силы. На фиг.1 изображена блок-схема динамического возбуждения при диагностике упругих систем станков. Блок 8 реализует синусоидальный сигнал, а блок 9 служит для генерации импульсных сигналов. Блок 10 предназначен для обработки полученных сигналов динамического воздействия на упругую систему станка и их обработки, а также построения графиков. При случайном и импульсном возбуждении частотные характеристики могут быть получены с помощью спектрального анализа сложных сигналов, основу которого составляет быстрое преобразование Фурье.A device for implementing the method of vibration diagnostics of an elastic system of a machine using a force generator included in the machine-tool-tool-component system (Fig. 1) includes a frame 1 on which a spindle unit 2 and a generator 3 are mounted, respectively, to obtain Signals: 4 - the simplest sinusoidal oscillation, 5 - a set of oscillations, 6 - addition of sinusoidal oscillations, 7 - excitation in the form of a pulse signal. To obtain a harmonic sinusoidal signal, a vibrator is used, and for a pulsed cylindrical mandrel with a longitudinal groove. To obtain dynamic characteristics, it is necessary to excite the investigated structure with the help of a measured dynamic force. Figure 1 shows a block diagram of dynamic excitation in the diagnosis of elastic systems of machines. Block 8 implements a sinusoidal signal, and block 9 serves to generate pulsed signals. Block 10 is designed to process the received signals of dynamic effects on the elastic system of the machine and their processing, as well as graphing. With random and pulsed excitation, the frequency characteristics can be obtained using spectral analysis of complex signals, the basis of which is the fast Fourier transform.

Гармоническое или случайное возбуждение обеспечивают с помощью электромагнитного бесконтактного вибратора (на чертеже не показано), который располагают на станке так, чтобы развиваемая им сила совпадала с силой резания. При контактном возбуждении используют пьезоэлектрический вибратор (фиг.2), при этом переменное усилие создается пьезокерамическими кольцами 13, на которые подается электрическое напряжение через разъем 17. Из-за этого напряжения изменяется толщина пьезоэлемента. Изменение линейного размера столбика пьезоэлементов через оправку 14, измерительные пьезоэлементы 16, наконечник 15 передается на деталь станка, на которую требуется подать силовое воздействие. Величина статического усилия контролируется с помощью тензодатчиков 18, наклеенных на деформирующуюся часть основания 11. Токонепроводящий корпус 12 защищает исследователя от высокого напряжения, подаваемого на пьезоэлементы.Harmonious or random excitation is provided using an electromagnetic non-contact vibrator (not shown in the drawing), which is placed on the machine so that the force developed by it coincides with the cutting force. When contact excitation using a piezoelectric vibrator (figure 2), the variable force is created by piezoceramic rings 13, which are supplied with electrical voltage through the connector 17. Because of this voltage, the thickness of the piezoelectric element changes. Changing the linear size of the column of piezoelectric elements through the mandrel 14, the measuring piezoelectric elements 16, the tip 15 is transmitted to the part of the machine, which you want to apply force. The magnitude of the static force is controlled using strain gauges 18 glued to the deformable part of the base 11. The non-conductive housing 12 protects the researcher from high voltage applied to the piezoelectric elements.

Для создания импульсного силового воздействия применяют генератор импульсного воздействия, входящий в систему «станок-приспособление-инструмент-деталь», схема которого представлена на фиг.3. Генератор представляет собой цилиндрическую оправку 19, в которой выполнен продольный паз 20 заданной глубины, реализующей амплитуду входного импульсного воздействия, и которая жестко закрепляется в шпиндельном узле станка. Частота входного импульсного воздействия задается скоростью вращения шпинделя. В сечении, перпендикулярном оси шпиндельного узла станка (фиг.3), паз 20 выполнен с наклонными боковыми поверхностями, лежащими в плоскостях, пересекающихся по линии, совпадающей с осью оправки 19, и в плоскости, перпендикулярной оси шпинделя, совпадающей с центром окружности. При этом поверхность, соединяющая боковые плоскости, представляет собой часть цилиндрической поверхности, эквидистантной внешней цилиндрической поверхности оправки 19.To create a pulsed force action, a pulsed action generator is used, which is included in the “machine-tool-tool-component” system, the circuit of which is shown in FIG. 3. The generator is a cylindrical mandrel 19, in which a longitudinal groove 20 is made of a given depth, which implements the amplitude of the input pulse action, and which is rigidly fixed in the spindle unit of the machine. The frequency of the input pulse action is set by the spindle speed. In a section perpendicular to the axis of the spindle assembly of the machine (Fig. 3), the groove 20 is made with inclined side surfaces lying in planes intersecting along a line coinciding with the axis of the mandrel 19 and in a plane perpendicular to the axis of the spindle coinciding with the center of the circle. Moreover, the surface connecting the side planes is a part of the cylindrical surface, the equidistant external cylindrical surface of the mandrel 19.

Подаваемое на исследуемый объект усилие при точении резцом 21 оправки 19 измеряют с помощью пьезоэлектрического динамометра 22 (фиг.4), установленного между опорными поверхностями суппорта и резца.The force applied to the test object during turning by the cutter 21 of the mandrel 19 is measured using a piezoelectric dynamometer 22 (Fig. 4) mounted between the supporting surfaces of the support and the cutter.

Способ вибродиагностики упругой системы станка с применением генератора импульсного воздействия, входящего в систему «станок приспособление-инструмент-деталь», осуществляют следующим образом.The method of vibration diagnostics of the elastic system of the machine using a pulse generator included in the system "tool-tool-part" is as follows.

Способ вибродиагностики упругой системы станка заключается в том, что на входе осуществляют гармоническое, импульсное или случайное возбуждение в упругой системе станка и замеряют отклик системы на выходе. Для получения динамических характеристик необходимо возбуждать исследуемую конструкцию с помощью замеряемой динамической силы. Для создания импульсного силового воздействия применяют генератор, представляющий собой цилиндрическую оправку 19, в которой выполнен продольный паз 20 заданной глубины, реализующей амплитуду входного импульсного воздействия, и которая жестко закрепляется в шпиндельном узле станка. Частота входного импульсного воздействия задается скоростью вращения шпинделя (фиг.3), шириной паза 20 меняют продолжительность импульса, а значит, и частотный диапазон спектра возбуждения.The method of vibration diagnostics of the elastic system of the machine is that at the input, harmonic, impulse or random excitation is carried out in the elastic system of the machine and measure the response of the system at the output. To obtain dynamic characteristics, it is necessary to excite the investigated structure with the help of a measured dynamic force. To create a pulsed force action, a generator is used, which is a cylindrical mandrel 19, in which a longitudinal groove 20 is made of a given depth, which implements the amplitude of the input pulsed action, and which is rigidly fixed in the spindle unit of the machine. The frequency of the input pulse action is set by the spindle rotation speed (Fig. 3), the width of the groove 20 changes the pulse duration, and hence the frequency range of the excitation spectrum.

Гармоническое или случайное возбуждение обеспечивают с помощью электромагнитного бесконтактного вибратора (фиг.2), при этом переменное усилие создают пьезокерамическими кольцами 13, на которые подается электрическое напряжение, из-за чего изменяется толщина пьезоэлемента. Изменение линейного размера столбика пьезоэлементов через оправку 14, измерительные пьезоэлементы 16, наконечник 15 передается на деталь станка, на которую требуется подать силовое воздействие. Величину статического усилия контролируют с помощью тензодатчиков 18, наклеенных на деформирующуюся часть основания 11.Harmonious or random excitation is provided using an electromagnetic non-contact vibrator (figure 2), while the alternating force is created by piezoceramic rings 13, which are supplied with electrical voltage, due to which the thickness of the piezoelectric element changes. Changing the linear size of the column of piezoelectric elements through the mandrel 14, the measuring piezoelectric elements 16, the tip 15 is transmitted to the part of the machine, which you want to apply force. The magnitude of the static force is controlled using strain gauges 18 glued to the deformable part of the base 11.

На фиг.4 представлена блок-схема двухканального спектроанализатора. При случайном и импульсном возбуждении частотные характеристики получают с помощью спектрального анализа сложных сигналов, основу которого составляет быстрое преобразование Фурье. Принципы спектрального анализа рассмотрены (фиг.4) на примере двухканального анализатора, выполняющего быстрое преобразование Фурье. Анализатор можно применять в качестве "черного ящика", измеряющего сигналы возбуждения и реакций и определяющего частотные характеристики на основе этих измерений. Поступающие на входы анализатора аналоговые сигналы фильтруют, отбирают и преобразуют с помощью аналого-цифрового преобразователя в цифровую форму для получения серий цифровых данных, называемых реализациями. Эти реализации представляют временную историю сигналов на протяжении соответствующих временных интервалов. Скоростью выборки и продолжительностью реализации определяют частотный диапазон и разрешающую способность при анализе.Figure 4 presents a block diagram of a two-channel spectrum analyzer. With random and pulsed excitation, the frequency characteristics are obtained by spectral analysis of complex signals, the basis of which is the fast Fourier transform. The principles of spectral analysis are considered (Fig. 4) by the example of a two-channel analyzer performing a fast Fourier transform. The analyzer can be used as a "black box" that measures the excitation and reaction signals and determines the frequency characteristics based on these measurements. The analog signals arriving at the analyzer inputs are filtered, selected, and converted using an analog-to-digital converter into digital form to obtain series of digital data called implementations. These implementations represent the time history of signals over the corresponding time intervals. The sampling rate and the duration of the implementation determine the frequency range and resolution in the analysis.

На фиг.5 представлены этапы преобразования сигнала и спектров в спектроанализаторе. Зарегистрированные реализации могут быть умножены на весовую функцию. Тем самым проводится сужение данных в начале и конце реализации, что делает их более удобными для блочного анализа. Взвешенные реализации преобразуются в частотную область в виде комплексных спектров с помощью дискретного преобразования Фурье.Figure 5 presents the stages of the conversion of the signal and spectra in the spectrum analyzer. Registered implementations can be multiplied by the weight function. Thus, data is narrowed at the beginning and end of the implementation, which makes them more convenient for block analysis. Weighted realizations are converted to the frequency domain in the form of complex spectra using the discrete Fourier transform.

Оценочная функция W1, равная отношению взаимного спектра реакции и силы к собственному спектру силы, используется для минимизации шума на выходе системы; случайный шум на выходе удаляется в процессе усреднения взаимного спектра. При увеличении числа усреднений W1 стремится к истинной частотной характеристике W(ω).The evaluation function W 1 , equal to the ratio of the mutual spectrum of the reaction and the force to the intrinsic spectrum of the force, is used to minimize noise at the output of the system; random noise at the output is removed in the process of averaging the mutual spectrum. With an increase in the number of averagings, W 1 tends to the true frequency response W (ω).

Оценочная функция W2, равная G y y ( ω ) G y F ( ω )

Figure 00000001
Estimated function W 2 equal to G y y ( ω ) G y F ( ω )
Figure 00000001

где Gyy(ω) передаточная функция по перемещению, GyF(ω) передаточная функция по перемещению и передаваемому усилию при лезвийной обработке, используется для минимизации влияния шума на входе, поскольку он удаляется из взаимного спектра в процессе усреднения.where G yy (ω) is the transfer function of the displacement, G yF (ω) is the transfer function of the displacement and the transmitted force during blade cutting, it is used to minimize the influence of input noise, since it is removed from the mutual spectrum during averaging.

При увеличении числа циклов усреднения W2 стремится к истинной частотной характеристике W(ω). При случайном возбуждении и исследовании резонансов лучшей оценкой частотной характеристики является W2, так как она компенсирует шум на входе и менее чувствительна к рассеянию. При исследовании антирезонансных зон лучшей оценкой частотной характеристики считается W1, так как главным в этом случае является ее малая чувствительность к шуму на выходе. Когда шум имеется на выходе и на входе, функции W1 и W2 можно считать пределами доверительного интервала для истинной частотной характеристики W(ω). Однако это не относится к нелинейным системам и к случаям с когерентными шумами на входе и выходе.With an increase in the number of averaging cycles, W 2 tends to the true frequency response W (ω). In case of random excitation and investigation of resonances, the best estimate of the frequency response is W 2 , since it compensates for input noise and is less sensitive to scattering. In the study of antiresonance zones, W 1 is considered the best estimate of the frequency response, since the main thing in this case is its low sensitivity to output noise. When there is noise at the output and at the input, the functions W 1 and W 2 can be considered the limits of the confidence interval for the true frequency response W (ω). However, this does not apply to non-linear systems and to cases with coherent noise at the input and output.

Функция когерентности дает средство для оценки степени линейности связи входных и выходных сигналов:The coherence function provides a means for assessing the degree of linearity of the coupling of input and output signals:

γ 2 ( ω ) = | G y F ( ω ) | 2 G y y ( ω ) G F F ( ω )

Figure 00000002
, где 0≤γ2(ω)≤1, γ 2 ( ω ) = | | | G y F ( ω ) | | | 2 G y y ( ω ) G F F ( ω )
Figure 00000002
where 0≤γ 2 (ω) ≤1,

где GFF(ω) передаточная функция по передаваемому усилию при лезвийной обработке. Граничными значениями функции когерентности являются 1 при отсутствии шума и 0 при наличии чистых шумов. В качестве интерпретации функции когерентности можно сказать, что для каждой частоты она указывает степень линейной зависимости между сигналами на входе и выходе системы. Функция когерентности аналогична квадрату коэффициента корреляции, используемому в статистике. При динамических исследованиях это важное свойство функции когерентности используется для выявления целого ряда возможных ошибок.where G FF (ω) is the transfer function of the transmitted force during blade cutting. The boundary values of the coherence function are 1 in the absence of noise and 0 in the presence of pure noise. As an interpretation of the coherence function, we can say that for each frequency it indicates the degree of linear dependence between the signals at the input and output of the system. The coherence function is similar to the square of the correlation coefficient used in statistics. In dynamic studies, this important property of the coherence function is used to identify a number of possible errors.

По полученным тем или иным способом частотным характеристикам можно оценить виброустойчивость динамической системы станка. Например, при лезвийной обработке предельная ширина срезаемого слоя: b п р = 1 K | Re У С 0 |

Figure 00000003
Using the frequency characteristics obtained in one way or another, it is possible to evaluate the vibration resistance of the machine’s dynamic system. For example, with blade processing, the maximum width of the cut layer: b P R = one K | | | Re At FROM 0 | | |
Figure 00000003

где K - коэффициент резания (удельная сила резания): Re У С 0

Figure 00000004
- отрезок, отсекаемый годографом упругой системы станка на отрицательной части вещественной оси. Чем больше отрезок Re У С 0
Figure 00000005
, тем меньше предельная ширина срезаемого слоя и ниже виброустойчивость динамической системы станка.where K is the cutting coefficient (specific cutting force): Re At FROM 0
Figure 00000004
- the segment cut off by the hodograph of the elastic system of the machine on the negative part of the material axis. Larger segment Re At FROM 0
Figure 00000005
, the smaller the limiting width of the cut layer and lower the vibration resistance of the dynamic system of the machine.

Claims (2)

1. Способ вибродиагностики упругой системы станка с применением генератора силового воздействия, входящего в систему «станок-приспособление-инструмент-деталь», заключающийся в том, что осуществляют на входе гармоническое, импульсное или случайное возбуждение в упругой системе станка и замеряют отклик системы на выходе, при этом для получения динамических характеристик возбуждают исследуемую конструкцию с помощью замеряемой динамической силы, отличающийся тем, что гармоническое и случайное возбуждение обеспечивают с помощью пьезокерамического контактного вибратора, при этом переменное усилие создают пьезокерамическими кольцами, на которые подают электрическое напряжение, и изменяют толщину пьезоэлемента, а для создания импульсного силового воздействия применяют генератор, представляющий собой цилиндрическую оправку, в которой выполнен продольный паз заданной глубины, реализующей амплитуду входного импульсного воздействия, и которую жестко закрепляют в шпиндельном узле станка, а частоту входного импульсного воздействия задают скоростью вращения шпинделя, при этом шириной паза меняют продолжительность импульса, а значит, и частотный диапазон спектра возбуждения, после чего сигналы подают на двухканальный спектроанализатор, в котором получают с помощью спектрального анализа сложных сигналов, основу которого составляет быстрое преобразование Фурье, частотные характеристики, а поступающие на входы анализатора аналоговые сигналы фильтруют, отбирают и преобразуют с помощью аналого-цифрового преобразователя в цифровую форму для получения серий цифровых данных - реализации, представляющих собой временную историю сигналов на протяжении соответствующих временных интервалов, а по скорости выборки и продолжительности реализации определяют частотный диапазон и разрешающую способность при анализе исследуемых характеристик, а подаваемое на исследуемый объект усилие при точении резцом оправки измеряют с помощью пьезоэлектрического динамометра, установленного между опорными поверхностями суппорта и резца.1. The method of vibration diagnostics of the elastic system of the machine using a power generator included in the system "machine-fixture-tool-part", which consists in the fact that the input is harmonic, pulsed or random excitation in the elastic system of the machine and measure the response of the system at the output in this case, to obtain dynamic characteristics, the investigated structure is excited with the help of a measured dynamic force, characterized in that the harmonic and random excitation is provided using a piezo contact vibrator, while the alternating force is created by piezoceramic rings, which are supplied with electric voltage, and the thickness of the piezoelectric element is changed, and to create a pulsed force action, a generator is used, which is a cylindrical mandrel in which a longitudinal groove is made of a given depth, which implements the amplitude of the input pulse action , and which is rigidly fixed in the spindle unit of the machine, and the frequency of the input pulse action is set by the spindle speed, In this case, the pulse width changes the width of the pulse, and hence the frequency range of the excitation spectrum, after which the signals are fed to a two-channel spectrum analyzer, which is obtained by spectral analysis of complex signals, the basis of which is the fast Fourier transform, frequency characteristics, and analog inputs to the analyzer the signals are filtered, selected and converted using an analog-to-digital converter into digital form to obtain a series of digital data - implementations representing the temporal history of the signals over the corresponding time intervals, and the frequency range and resolution are determined by the sampling speed and duration of the implementation when analyzing the characteristics under study, and the force applied to the object under study when turning the mandrel with a cutter is measured using a piezoelectric dynamometer installed between the supporting surfaces of the caliper and cutter. 2. Способ вибродиагностики упругой системы станка с применением генератора силового воздействия, входящего в систему «станок-приспособление-инструмент-деталь», по п.1, отличающийся тем, что зарегистрированные реализации умножают на весовую функцию и тем самым проводят сужение данных в начале и конце реализации, что делает их более удобными для блочного анализа, затем взвешенные реализации преобразуют в частотную область в виде комплексных спектров с помощью дискретного преобразования Фурье, а в результате обратного преобразования получают исходные временные последовательности, при этом используют метод усреднения, в результате чего устраняют шум и улучшают степень статистической достоверности, затем определяют оценочную функцию, равную отношению взаимного спектра реакции и силы к собственному спектру силы, и используют ее для минимизации шума на выходе системы, а случайный шум на выходе удаляют в процессе усреднения взаимного спектра, и при увеличении числа усреднений получают истинную частотную характеристику, а по полученным частотным характеристикам оценивают виброустойчивость динамической системы станка. 2. The method of vibration diagnostics of the elastic system of the machine using a force generator included in the system "machine-tool-tool-part" according to claim 1, characterized in that the registered implementation is multiplied by the weight function and thereby narrowing the data at the beginning and at the end of the implementation, which makes them more convenient for block analysis, then the weighted implementations are converted to the frequency domain in the form of complex spectra using the discrete Fourier transform, and as a result of the inverse transformation to the semi initial time sequences are used, the averaging method is used, as a result of which the noise is eliminated and the degree of statistical reliability is improved, then the estimated function is determined equal to the ratio of the mutual reaction spectrum and force to its own force spectrum, and it is used to minimize noise at the system output, and random noise at the output is removed in the process of averaging the mutual spectrum, and with an increase in the number of averagings, a true frequency response is obtained, and according to the obtained frequency characteristics, vibration resistance of the dynamic system of the machine.
RU2012156193/28A 2012-12-25 2012-12-25 Method of vibration diagnostics of machine resilient system with application of power impact generator included into "machine-accessory-tool-part" system RU2535334C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012156193/28A RU2535334C2 (en) 2012-12-25 2012-12-25 Method of vibration diagnostics of machine resilient system with application of power impact generator included into "machine-accessory-tool-part" system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012156193/28A RU2535334C2 (en) 2012-12-25 2012-12-25 Method of vibration diagnostics of machine resilient system with application of power impact generator included into "machine-accessory-tool-part" system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012156193A RU2012156193A (en) 2014-06-27
RU2535334C2 true RU2535334C2 (en) 2014-12-10

Family

ID=51216085

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012156193/28A RU2535334C2 (en) 2012-12-25 2012-12-25 Method of vibration diagnostics of machine resilient system with application of power impact generator included into "machine-accessory-tool-part" system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2535334C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2603787C1 (en) * 2015-08-10 2016-11-27 Олег Савельевич Кочетов Test bench for vibroacoustic tests of specimens and models

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU800672A1 (en) * 1979-04-16 1981-01-30 Хабаровский Политехнический Инсти-Тут Method of vibration diagnosis of machine tools
RU2455636C1 (en) * 2010-11-23 2012-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) Method for vibroacoustic inspection of articles and apparatus for realising said method
RU121070U1 (en) * 2012-06-07 2012-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") VIBRODIAGNOSTIC STAND FOR ELASTIC MACHINE SYSTEM

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU800672A1 (en) * 1979-04-16 1981-01-30 Хабаровский Политехнический Инсти-Тут Method of vibration diagnosis of machine tools
RU2455636C1 (en) * 2010-11-23 2012-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (КГЭУ) Method for vibroacoustic inspection of articles and apparatus for realising said method
RU121070U1 (en) * 2012-06-07 2012-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" (ФГБОУ ВПО МГТУ "СТАНКИН") VIBRODIAGNOSTIC STAND FOR ELASTIC MACHINE SYSTEM

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2603787C1 (en) * 2015-08-10 2016-11-27 Олег Савельевич Кочетов Test bench for vibroacoustic tests of specimens and models

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012156193A (en) 2014-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU121070U1 (en) VIBRODIAGNOSTIC STAND FOR ELASTIC MACHINE SYSTEM
US11137329B2 (en) Apparatus and method for performing an impact excitation technique
CN106525226B (en) Evaluation method and system based on-site vibration load recognition
US10001457B2 (en) Performance curve generation for non-destructive testing sensors
de Almeida et al. Piezoelectric transducers assessed by the pencil lead break for impedance-based structural health monitoring
CN105067239B (en) The beam crack fault detection means and method vibrated based on swept frequency excitation
EP3123144A1 (en) Material testing apparatus and method
CN107449664B (en) The method for measuring concrete absolute stress under uniaxial compression using scattered ultrasonic wave method
Baptista et al. Influence of excitation signal on impedance-based structural health monitoring
Chen et al. Design of a smart turning tool with application to in-process cutting force measurement in ultraprecision and micro cutting
Gaponenko et al. Device for calibration of piezoelectric sensors
RU2535334C2 (en) Method of vibration diagnostics of machine resilient system with application of power impact generator included into "machine-accessory-tool-part" system
Barth et al. Experimental determination of Lamb wave dispersion diagrams using 2d fourier transform and laser vibrometry
Veldman Implementation of an accelerometer transverse sensitivity measurement system
RU2654554C1 (en) Method for determining the combustion rate of the charge of the solid-propellant rocket engine
RU122320U1 (en) SPINDLE ASSEMBLY STAND
Keprt et al. The determination of uncertainty in the calibration of acoustic emission sensors
RU121065U1 (en) DEVICE FOR RESEARCHING THE DYNAMICS OF AN ELASTIC MACHINE SYSTEM
RU2766130C1 (en) Method for diagnostics of bearings of rotary equipment based on the assessment of microvariations of rotation of the shaft
Barros et al. Application of a computer sound card for measurement of mechanical vibrations
Tashbulatov et al. Developing an Algorithm to Locate Defects in Industrial Equipment with Stationary and Non-stationary Parameters Using Strain Gauge Signal Analysis
Rickli et al. Fault detection and prognosis of assembly locating systems using piezoelectric transducers
RU2067292C1 (en) Device assessing increment of contact dieference of potentials
US11624687B2 (en) Apparatus and method for detecting microcrack using orthogonality analysis of mode shape vector and principal plane in resonance point
Sims Dynamics diagnostics: Methods, equipment and analysis tools