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变齿距立铣刀铣削薄壁件颤振特征信号研究

摘要

薄壁零件作为航空航天领域的关键零部件，主要材料包括铝合金，钛合金

等，其结构刚度低，如果加工参数选择不合理，振动幅度增大，严重时会发生

颤振，影响切削系统的稳定性。因此在加工时通常采用降低轴向切深或改变切

削速度的方式避免切削颤振的产生，带来的负面影响是降低切削加工效率，制

约着薄壁件高精，高效加工技术的提升。变齿距立铣刀因其特殊的结构可以干

扰再生颤振效应，提高加工系统稳定性，但颤振问题还会存在，并不能消除。

因此为了实现稳定加工，同时尽可能的提高系统切削效率，需要对加工中的颤

振特征信号进行早期监测。本文以铝合金薄壁件为研究对象，对不同齿距立铣

刀的铣削颤振情况时域、频域以及时频域分析法进行研究，将稳定阶段、颤振

孕发阶段和颤振阶段进行区分，实现颤振的早期监测。并总结了变齿距立铣刀

在加工过程中铣削参数的选取对铣削振动的影响规律，为实际变齿距立铣刀铣

削加工提供重要参考价值。本文主要工作分为以下几个方面：

首先，在对铣削颤振的原理分析的基础上，搭建变齿距立铣刀铣削薄壁件

实验平台，通过变切深加工试验，观察铣削颤振的特点。获取稳定阶段、颤振

孕发阶段和颤振阶段的振动加速度信号和铣削力信号，同时对信号分析基本方

法进行介绍，为后文信号的时域、频域以及时频域分析奠定基础。

其次，对采集到的原始信号选取合适的阈值原则进行小波阈值降噪，依据

不同类型的信号进行不同的分析。针对振动加速度信号进行时域分析，对于铣

削力信号则采取频域分析，对两种信号的变化特点进行说明，并确定稳定阶

段、颤振孕发阶段、颤振阶段的信号特征量，确定特征随阶段不同的变化趋

势。

然后，利用时频域法中的小波包分解方法，选取合适的小波基，对铣削过

程中的振动加速度信号和铣削力信号进行分解重构。绘制两者经过分解后不同

节点的能量占比图，根据能量变化特征预测颤振，再结合小波包能量熵特征进

行颤振的在线监测和不同齿距立铣刀的稳定性分析。

最后，利用Matlab软件中的AppDesigner模块建立信号处理分析平台，

达到更高效提取铣削颤振信息的目的，实现颤振快速检测。并通过不同工艺条

-I-

件下的正交实验，探索了铣削参数对加工颤振的影响规律，为薄壁件铣削工艺

的改进提供一定参考。

关键词变齿距立铣刀；薄壁件；小波包分析；颤振；颤振抑制

-II-

ResearchonChatterCharacteristicSignal

ofVariablePitchEndMillingCutter

MillingThin-walledParts

Abstract

Asakeycomponentintheaerospacefield,themainmaterialsofthin-walled

partsincludealuminumalloy,titaniumalloy,etc.Thestructuralstiffnessofthin-

walledpartsislow.Iftheprocessingparametersareunreasonable,thevibration

amplitudeincreases,andflutterwilloccurinseverecases,affectingthestabilityof

thecuttingsystem.Therefore,reducingtheaxialcuttingdepthorchangingthe

cuttingspeedisusuallyusedtoavoidthegenerationofcuttingchatterduring

processing.The