CONTINUITY+AND+BREAK+OF+CHATTER+VIBRATION+STATUS.pdf

C H I N E S EJ O U R N A LO FM E C H A N I C A LE N G I N E E R I N G ‘92’Vbl．2l，No．4，2008 D O I l O ．3 9 0 l ／C J M E ．2 0 0 8 ．0 4 ．0 9 2 ，a v a i l a b l eo n l i n ea tw w w ．c j m e n e t ．c o m ；Ⅵw w ．c j r ∞n e t ．c o m ．c n H U A N G Q i a n g C 0 e g eo fM e c h a n 岫IE n g i n e e n n g 。 C h o n g q j n gU n i V e r s 峨 C h o n g q i n g4 0 0 0 3 0 ，C h j n a C o I I e g eo fA u l o m o b i I e I C h O n g q i n gI n s l i l u l eo fT e c h n o I o g y ． C h D n g q j n g4 0 0 0 卯，C h j n a Z H A N GG e n b a O c o e g eo fM e c h a n ㈣E n g i n e e n n g ． C h o n g q 呐U n i V e r s 吼 C h o n g q i n g4 0 0 0 3 0 ．C h i n a C H E NK u n C o I I e g eo fA u l o m o b i I e ， C h 啷q j n gI n s “f u l eo fT e c h n o J 0 9y C h o n 9 q j n g4 0 0 0 5 0 ．C h i n a 0I N T R o D U C T I o N C O N T I N U I T YA N DB R E A KO F C H A T T E RV I B R A T I O NS T A T U S 宰 A b s c r a c t B yt t l m i n gas 口e c i 行c a ”yd c s i 即e dc o I I i c a lp a r t ，c o m p l e t ep m c e s so f m e t a Jc 1 J t t j n g ，i nw h i c h t 1 1 ec h a n e ro c c u r sa n de x p a n d s ，i s 佗c o r d e da n da n a l y z e d ．T h i sp r o c e s se x p o s e st h a tc h a n e rv i b r a t i o n h a st 、v oc h a r a c t e r sc a l l e dc o n t i n u i t va n db r e a k ．T h ec o n t i n u i t vc h a r a c t e rm e 孤st l l a tv i b r a t i o ne x t e I l t e n l a r g e sc o n t i l l u o u s l vw h i l ec h a n e r 丹e q u e n c yi sa l m o s tc h 衄g e l e s sa st h ec u t t i n gd e p t he x t e T l d s d o w n w a r d sc o n t i n u o u s l yT h eb r e a ko n ei st h a tc h a t t e r 厅e q u e n c ym o v e sm p i d l yd o w n w a r d st oa l o w e r 】e v e 】w h i 】ec h a t t e rr e m a j n sa n e rt h ec u t t i n gd 印t l 】r e a c ha n o t h e r 鲥v e l 】v a J u e ．I ti sc o n 疗m l e d t h r o u g l la ne x c i t m gt e s tt l l a tt h et 、v oc h a n e r 行e q u e n c i e so b t a i r l e di nc h a t t e rt e s tb e l o n gt 0t h en a t u r a l f } e q u e n c i e so fw o r k p i e c es y s t e ma n dc u t t i n gt o o 】s y s t e mr e s p e c t i v e l y ．F r o mt b ev i e 、v p o i n t so fc h a t t 盯 e n e 理ys u p p l 埘n ga Ⅱdc h a t t e rm a s se f r e c t ，t h ec h a t t c rs h o u 】do c c u ro n0 n eo ft h et w of i n a le x e c u t i v e c o m p o n ∞t si ni t sn a t u r a lf k q u e n c y ．O nt l l i sb a s i s ，an e wc h a t t c rm o d e lw i t ht 、v Oc h a n e ra c t i v eb o d i 鹤 i sp m p o s e d ．T h i sn e wm o d e lc a nb e t t e re x p l a i n 也ea b o v ep h e n o m e n o n ，a n d 洳tt 0c h a t t c r m o n i t o n ga n di m p r o v e m e n to fc o m p o n e T l ts 仃u c t u r ew e l l ． K e yw o r d s C b a n e rM 弱se 丘b c tR e 群乱c r a t i v ec h 蝴 A c d v eb o d yo f c h 蝴 A n e n u a d n 2e 腑 I nm e t a lc u 砸n gp r o c e s s ，s e l f 二e x c i 刷v i b r a t i o no c c 州n g b e t w e e nt l l ec u t t i n gt o o l 狮dt h ew o r k p i e c ei sg e n e r a l l vc a l l e d “c h a n e r ’，w h i c hr e s u l t si nu n s t a b l ep r o c e s s i n g ，口o o rs u r f 犯e q u a l l t y ，m a t e n a Ir e m O v a Ir a t ed e c r e 鹳l n g ，锄de v e nd e s 廿．o y l n gt h e c u t t i n gt o o I 锄dt t l em c h i n et 0 0 1 ．T h i sl l I l d e s i r e ds e l f - e x c i t e d v i b r a t i o np r o b l e mi so n eo f t h em a i no b s t a c l e st ot l l et o t a lc a p a c i t y u s a 2 eo fam a c h j n et o l o li 1 1p 哟d u c t i o nL ‘引．P e o p J eh a v eb e e n s m d y i n gi tf o ro v e r5 0V e 盯s ．M a I l vs c h o l a r s 仃、，t of i n do u tt h e r c a s o n sw h ym ec h a 牡e ro c c u r s ，o rt h ew a y st 0i m p m V et h e a n t i ．c h a n e rc a p a b i l i t yo ft h em a c h i n e 仃o mv 撕o u sp e r s p e c t i v e s ． T h e r ca 1 1 et h r c em a i na r e 船i n 廿l e s es t u d i e s ①t h e o r i e so nt h e c a l l s e s f o r 吼m i n gc h a t t e r 锄dt h e c h a m c t e r i s t i c s [ 35 1 ；②t h e o r i e so n m a c h i n es 们l c t u r ed y n a m i c s c h a t t c rr c a l - t i m em o n i t o n n g a n dc u t t i n gc o n d j t i o n sc o r l 订．o l l i n g 【。刿③血e o r i e so ns 廿u c 眦 i m p r o v e m e n to fm a c h i n et o l o l1 1 旷”J ．F o r 山ec a u s eo fc h a t t e r ． m a n Vs c h o l a r sh a v ee v e r 口吡tf o n v a r ds o I I l ed i f f 打e n tt h e o r i e s ， a m o n gw h i c ht h eg e n e r a l l y - a c c 印t e do n e sa r er e g e n e r a t i 伽t h e o Ⅸ v i b r a t i o nc o u p l i n gt h e o r y t l l en e g a t i v e 衔c t i o nt l l e o r y a n dl a go f c u t t i n gf o r c et l l e o r y ．o ns t u d i e dt h es i n g l ed e 盯e eo f 仃e e d o m S D O F s y s t e m v i b r a t j o nc o u p l j n gd e 乎．e eo f 疔e e d o mi s2 ，t l l e a _ b o v et h e o r i e 弓s t u d i e ds y s t e m a t i c a l l yt h ec a u s e ，t h ep r o c e s s ，t h e o c c 嘶n gc o n d i t i o n ，a n dt l l ee n e r 霉Ⅳc h a I l g eo ft h ec h a t t e rf ．r o m d i 行e r e n tD e r s D e c t i v e s 。a n de x p l a i n sr e a s o n a b l Vt h ec h a n e r D h e n o m e n a 肌dt h et e n a b l ec o n d i t i o n su 1 1 d e rr e s p e c t i v en l e o n e s ． C h a t t e rh a sa na c c e p t a b J yi m p o r t 狮tc h a r a c t e r i s t i c ， i ．e ．， t h e v i b r a t i o n 丹e q u e n c ys h o u l da l w a y sb ee q u a lt o0 rc l o s et oan a t I l m l 丘e q u e n c vo ft l l es y s t e m 【3 5 ，1 015 1 ．w A N G ，e t “1 3 1 ，眦e r D r o p o s e dac o n c l u s i o nt h a tc h a t t e ra l w a y sa p p e a r sa tar e I a t i v e l y w e a kc o m D o n e n to tt h es y s t e m ，m r o u 譬r bac u t t l n gv l b r a t l o nt e s t 锄de x c i t a t i o nt e s to nam a c h i n ec e n t e r _ B ym o d i 却i n gt h ew e a k e s t c o m p o n e n t 印i n d l e - c o o lp a r t ，t h el i r n j tc u 砸n gd e p t hi se x t e n d e d d o 帅w a r d s1 0 0 ％10 u rw o r kh 硒t w om a i np 山∞o s e s ①t 0f i n d m er e I a t i o n s h i Da n dd i 何h e n c eb e M e e ns e l f e x c i t e da n di n t e n s e v i b r a t i o n s ，s i n c ei nt h ee x i s t i n gr e f b r e n c e sa n dt e a c h i n gm a t 丽a l s ， “c h a n e r “ i sd e f i n e da st h es e l f ．e x c i t e dv i b r a t i o nb e “v e e nt o o la n d w o r k p i e c eo rt h ei n t e n s eo n e ；②t oi m p m v et h ea n t i ．c h a n e r c a p a b i I i t y 。 i ti sa ni m p o r t a n ts t e pt of i n do u tt h ew e a k e s t c o m p o n e n to fam a c h j n ej n s 仉j c t u r e j m p m V e m e n t ， s j n c ea m a c h i n et 0 0 li sac o I I ] l p l i c a t e dm u I t i ．d e 霉丁e eo f 疔e e d o m M D O F ‘1 血sp m j c c ti ss u p p o r t 酣b yN a n o n a lN a 咖lS c i 锄c eF o u n d a t i o no fC h i 眦 N o ．5 0 5 7 5 2 3 2 ．R e c e i V e dO c t o b e r2 3 ，2 0 0 7 ；r e c e i V e di nr e v i s e df o 衄M a y 7 ，2 0 0 8 ；戤印t 酣M a yl l ，2 0 0 8 s y s t 锄w h i c hi sc o m p o s e do fm a n yp a n s ．S o ，t h ew a yh o wt o6 n d t h ew e a kc O m p o n e n tm p i d l y ’w i l la f I b c tm ee m c i e n c ya n dt h ec o s t O fs 仇l c t I l r ei m p r 0 V e m e n t ． 1C U T T I N GV I B R A T I o NT E S T 1 ．1T b s tc o n d i t i o n sa n dp r o c 嘲 T h i sc u t t i n gc h a t t e rt e s tu s e dt u m i n gm e t h o d ．T h et e s t e d m a c h i n e 幻I o lw 嬲as m a l lC N Cl a t h ec a l l e dN J ．C M K 01 1 ．T h e m a t 硎a lp r o c e s s e ds a m p l ew 船s h o w ．n 船F i g ．1 。w a s4 5s t e e 】 q u e n c h e d 加dt e m p e r e d ．T h ed i a m e t e ro ft h ec l a m p e dp a nw a s 2 0m n l ，a n dt h ed i a m e t e ro ft l l ec u tp a r tw a s2 5m I l l ．F 0 r i n c r e a s i n gt h ec u n i n 2d e p t h 灯a d u a l l v c h 锄f b r so f4 1 0 0w 船 p r e p r o c e s s e d ．T h es p e e do fs p i n d l ew a sl5 0 0r ／m i n ，a n dt l l ef c e d r a t ew 舔5 0l I m ／r ．T h et v 口eo fl a t h et o o lw 私9 0 。h a r da l l o Vo n e ． T l l n l e dl e n g t l lw 船2 5m m t h e 丹o n t2 2 ．6 8m mw 鹊ac o n i c a l 吼u - f k e ．Ac o u 口l eo fa c c e l e r a t i o ns e n s o r sw e r ei n s t a l l e d s 印a r a t e l yo nt l l ef b r ep a r to fs p i n d l ei nd i r e c t i o n 工 2 存c h a n n e l a n do nt h ep o s i t j o nn e a rt h e 右0 0 1i I ld h - e c t i o nl ， 3 群c h a n n e l ．T h e s i g n a lo fv i b r a t i o nw a si n p u ti n t oap o n a b l ec o m p u t e rw i ms i 阴a l c 0 1 l e c t i o n 一柚a l V s w a ss o f h v a r ec a l l e dY E C 7 6 0 0 ．B e f o r ec u 砸n g s t a n e d ．t h en o ．1 0 a dv i b r a t i o no nt l l w a sm a c h i n et o o lh a db e e n t e s t e df i r s t ．T h e n ．m ea u t o ．c v c l em o d ew 鸹s t a n c da n dt l l ed a t a w e r e c o l l e c t e ds i m u l t a n e o u s l V ．T h es i 印a lw a Ss a m p l e d c o n t i n u o u s l Vi nt h ee n t i r ep r o c e s sa n dw o u l db es t o D 口e dm a n u a l l v ． T h es 锄p l i n g 丘e q u e I l c yw a s1 0k H z ． F i g ．1o r i g i n a lt e s ts 卸叩l e A tt h eb e 西肌i n g ，t l l ec u t t i n gw 勰q u i t es t e a d y ．W i t l lt h e d o w n w a r de x t e n s i o no fc u n i n gd e p t h ，山ec u t t i n gv i b “n i o na n d n O l s eg O tS 旬r o n g e r 柚dI O u d e r a n dt h ec u t t l n gp O w e rl n c r e a s e d 星，硼u a l l y ．A tt h ef i n a Ic u t t i n 岛v i b r a t i o nw a si n t e n s em a ti ts e m o u ta 伊a t i n gn o i s e ．T h eV a l u eo fn l em a x i m u mp o w e rw 器 a p p r o x i m a t e l y5 7 ％m e n ．A ss h o w ni nF i g ．2 ，t 量l ef o r ep a r cs u r f a c e o ft l l ep r o c e s s e ds a m p l ew a L ss m o o t h 卸ds h i n i n g b u to nm er e a r p a r tt l l e r ew e r em eo b v i o u sc h a n c rm a r k s ，如dt h es h o u l d c ro f a x w a sa I s ol e Ro b v i o u sv i b r a t i o n Ⅱa c e ．A ss h o w ni nF i g ．3 ，t h e c h i p ss 锄s n l o o t h l y t h e n ，t l l er i p p l e 印p e a r s 咖l l y ．1 1 1 er i p p l e b e c o m e sl l i 曲e ra n dh i g h e r ，a n df i n a l l vf ．o l d s ，a n de v e nb r e a k s ． 万方数据 C H I N E S EJ O U R N A LO FM E C H A N I C A LE N G I N E E R r N G 9 3 F i g ．2 P r o c e s s e ds a m p l e F i g ．3C h i po f p r o c e s s e ds a m p l e 1 ．2 A n a l y s i so fr e s u l t so fc n t t i n gt e s t F i g ．4i st h es p e c t r u mo ft h en o ．1 0 a dv i b r a t i o n ．I ts h o w st h a t t h e r ea r es e v e r a lo b v i o u sv i b r a t i o nf r e q u e n c i e sw h e nt h em a c h i n e t o o lr u n sw i t h o u tl o a d ．T h ea m p l i t u d eo ft h ev i b r a t i o ni ss m a l l e r , w h i c hs h o u l db et h ew e a kr e s o n a t i o na n dt h ef o r c e dv i b r a t i o n a r o u s e db yi n s i d eo ro u t s i d ev i b r a t i o ns o u r c e so ft h em a c h i n et 0 0 1 ． O ．5 0 0 ．4 5 0 ．4 0 0 ．3 5 O ．3 0 O ．2 5 O ．2 0 0 ．1 5 O ．1 0 O ．0 5 0 F r e q u e n c yf ／L q z a 2 c h a n n e l F r e q u e n c yf ／k H z b 3 c h a n n e I F i g ．4S p e c t r u mw i t h o u tl o a d F i g ．5s h o w sp a r t so ft h et i m e ．d o m a i nw a v e f o r mo ft h e v i b r a t i o ns i g n a lf r o m2 撑c h a n n e la n d3 } fc h a n n e l ．T h e y d e m o n s t r a t et h a to b v i o u sv i b r a t i o ns t a r t sf r o m1 7s ．a n dt h ∞ g r a d u a l l yr e a c h e si t sm a x i m u ma n dr e m a i n sa p p r o x i m a t e l yf o r2s a tt h em a x i m u mv a l u e ．W h e nt h ec u r i n gi so v e Lt h em a c h i n e r e s t o r e st ot h en o ．I o a dv i b r a t i o ns t a t u s ． T or e s e a r c ht h ec h a n g i n gp r o c e s so ff r e q u e n c ya n da m p l i t u d e i nt h ee n t i r ec u r i n gp r o c e s s ．t h ed a t aa r ei n t e r c e p t e df o ra n a l y s i s a c c o r d i n gt ot h et i m es e q u e n c e ，w h i c hs t a r t sf r o mt h e1 s ts e c o n d a n de a c ht i m ew ei n t e r c e p t8k Bo fd a t a ．T or e d u c et h e d i s t u r b a n c eo ft h er a n d o ms i g n a l ．8 - t i m ea v e r a g ei su s e di nd a t a p r o c e s s i n g ．W h e nf r e q u e n c yo ra m p l i t u d eo ft h es p e c t l R n l o b v i o u s l yc h a n g e s ，t h et i m es p a no fi n t e r c e p t i o ni ss h o r t e n e d ． e 量 飞 量 鼍 { l o o 1 61 82 02 2 譬 导 弋 壹 鼍 { T i m et ／sT i m et ／s a 2 c h a n n e l b 3 c h a n n e l F i g ．5 T i m e d o m a i no f w a v e f o r m si nt h ec u t t i n gp r o c e s s C o m p a r e dw i t ht h en o ．1 0 a dv i b r a t i o n ．t h es p e c t r u m sb e f o r e t h e16sh a v ef e wc h a n g e s ．A f t e r w a r d s ，a no b v i o u sc h a n g e h a p p e n s ．1 1 m s ．t h et i m e s p a ni ss h o r t e n e da f t e rt h e n i n t e r c e p ． t i n go n et i m ee v e r y0 ．5s ．a n de a c ht i m et h ei n t e r c e p t e dd a t aa r e4 k B ．F i g ．6s h o w sp a r to fv i b r a t i o ns p e c t r u m sd u r i n gt h i st i m e s e c t i o n ．D e m o n s t r a t i n gt h ei m p o r t a n tc o u l s eo ft h i sc u t t i n gc h a f e r ． T h i sw h o l ec u t t i n gp r o c e s sc a nb ed i v i d e di n t o3s t a g e s ． 1 B c f o r et h e1 6s ．A I t h o u g ht h ec u r i n gd e p t he x t e n t s d o w n w a r du n c e a s i n g l v i td o e sn o ti n t e n s i f yt h ev i b r a t i o no ft h e m a c h i n et o o lo b v i o u s l y ．T h em a g n i t u d ea n df r e q u e n c yo f v i b r a t i o na r ea l m o s tt h es a m ea st h eo n ew i t h o u tI p a d ．F r o mt h i s p h e n o m e n o n ．i ti sd e e m e dt h a tt h et u r n i n gi sc o n s e c u t i v ea n dt h e v i b r a t i o no ft h em a c h i n et o o li sp r i m i t i v e l yf o r c e dv i b r a t i o n 砒t h i s s t a g e ，a n dt h ec h a f e rd o e sn o to c c u r ． 2 F r o mt h e1 6st ot h e1 8s ．T h ev i b r a t i o na t10 3 5H z i n t e n s i f i e ss u d d e n l y a n dt h ev i b r a t i o ns i g n a la tt h i sf r e q u e n c y i n c r e a s e sr a p i d l yf r o m0 ．4t ol3 ．8m ／s ‘a tt h es a m et i m e ，t h e f r e q u e n c i e so t h e rc o m p o n e n t sd on o tg r o ws y n c h r o n o u s l y ．T h e v i b r a t i o ns t a t u so ft h em a c h i n et o o lh a sa no b v i o u sc h a n g eh e r e ． T h em a i nv i b r a t i o ni n g r e d i e n ta l r e a d yc h a n g e sf r o mt h a to ft h e f o r c e dv i b r a t i o nt ot h a to ft h ei n t e n s es e l f - e x c i t e dv i b r a t i o n ． n a m e l y , t h ec h a t t e ro c c u r r e d ． 3 1F r o mt h el8st ot h e2 0s ．An o t e w o r t h yc h a n g eh a p p e n s w i t ht h ec u r i n gd e p t he x t e n d i n gd o w n w a r dc o n t i n u o u s l y ．t h e c h a t t e rf r e q u e n c yh a sac e r t a i ns h i f tg r a d u a l l yf r o ml0 3 5H zt o 8 9 0H z ．a n dt h e nb e c o m e ss t a b l ea g a i n ．A m p l i t u d el o w e r sal i t t l e d u r i n gf r e q u e n c ys h i f t i n g ．a n di tr e a c h e st h em a x i m u mv a l u ea f t e r t h ef r e q u e n c yb e c o m e ss t e a d ya g a i n ．W i t hr e g a r dt ot h i s p h e n o m e n o n ．t h et i m e ．d o m a i nw a v e f o r mo ft h i ss t a t ep r o v i d e s s o m ec l u e s ．A ss h o w ni nF i g ．7 ．t h e r ei sa l lo b v i o u si m p a c t i n g r e d i e n ti nv i b r a t i o ns i g n a l ．C o m b i n i n gi tw i t hc u t t i n gc o n d i t i o n ． w ed e e mt h a tt h ec h a t t e ri sa k e a d ye x t r e m e l yf i e r c ea n dm a k e st h e c u r i n gt o o la n dt h ew o r k p i e c es c