Page 247 - 《应用声学》2025年第2期

第 44 卷 第 2 期 路晨辉等： 基于声发射和支持向量机的插齿刀磨削砂轮状态监测 507

复运动共同作用下完成齿轮磨削，整个过程存在空 斯 AE6000 采集仪和磁铁型 AE 传感器、工控机、
程和接触磨削两种状态，是一种时变非稳态的磨削 PCI1714 高速数据采集卡等组成。AE 传感器通过
过程。齿形误差、加工误差和磨削余量分配等都会 磁吸的方式吸附在插齿刀的安装轴右侧端面上，实
导致磨削接触次数 (冲程)、接触位置和磨削量的变 验装置如图1所示。
化 [12−13] 。 实验选用刚玉砂轮、201-Z-1型高工钢盘形插齿
刀。在修整砂轮后循环磨削被标记的 5 个齿槽。具
1.2 实验设备与实验方法 体方法是从齿槽 1 分度展成至齿槽 5 后退回齿槽 1，
本实验是在 HMS400 的插刀磨数控机床上进 循环磨削 10 次，共计磨削齿数 50 牙。磨削参数如
行的。实验设备主要由插刀磨数控机床、马波 表 1所示。

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图 1 实验装置图
Fig. 1 Experimental setup diagram

表 1 磨削参数
Table 1 Grinding parameters

线速度 进给速度 展成速度 切削深度
实验条件 磨削齿数 每齿磨削次数 磨削条件
v s/(m·s −1 ) v f /(mm·min −1 ) v c/(mm·min −1 ) f/mm
参数设置 30 2000/5000 100/200 0.01/0.02 5 10 湿磨

为保证标记的多个齿槽与砂轮能够充分接触， 参数下单个齿槽磨削 AE 信号，由采集的 AE 信号
在采集磨削数据之前进行了多次粗磨，避免磨削过 可知，整个磨削过程不连续从而导致产生的 AE 信
程存在接触余量分配不均的现象。本次实验采样率 号是一个时变非稳定信号。参数 1 条件下共有 9 个
为2 M·s −1 ，砂轮线速度v s 保持在30 m·s −1 ，采集了 完整冲程 AE 信号，单个冲程信号持续时长大约
4组磨削AE信号加工参数，如表2所示。 1 s，每一段信号分别从插齿刀大端至小端(顺磨) 开
表 2 磨削实验加工参数 始接触，然后在小端至大端 (逆磨) 结束磨削后并存
Table 2 Grinding experiment processing 在一段空程，依次重复。图 2(b) 较图 2(a) 在增大了
parameters 展成速度后总磨削时间减小，单个齿槽磨削冲程数
减小。图2(c)较图2(b)在增大进给速度后总磨削时
序号 v f /(mm·min −1 ) v c/(mm·min −1 ) f/mm
#1 2000 100 0.01 间基本不变，冲程数增大。图2(d)较图 2(b) 在增大
#2 2000 200 0.01 磨削深度后，磨削时间和磨削冲程都没有明显的变
#3 5000 200 0.01
化。可见，小的展成速度和大的进给速度会使磨削
#4 2000 200 0.02
接触次数增大，使得磨削表面更光洁，质量更高。
2 插刀磨信号分析与特征提取 在本实验非平稳磨削过程中，不仅存在背景噪
声的影响，还存在插齿刀主轴旋转展成造成的影响，
2.1 信号处理与分析 在图 2 所示信号底部存在不同程度的干扰信号，在
在插刀磨过程中主要存在对刀、分度展成磨 此采用高通滤波对展成造成的非磨削信号进行过
削、砂轮退刀至下一齿槽这几个动作。图 2 为不同 滤。另外，针对不同齿槽磨削余量分配不均对信号