钻削过程中,机床主轴横向振动有时会导致钻尖在接触工件瞬间偏离主轴中心,从而引发钻头轴向偏移现象。该现象会导致零部件上孔的加工质量降低,严重时甚至会使整个零部件报废。在钻头轴向偏移抑制研究中,快速、准确的识别钻头轴向偏移现象是整个研究的关键环节。因此,本文提出了一种基于传感器信号的钻头轴向偏移识别研究方法,分别在钻头轴向偏移机理分析、传感器信号采集及预处理、钻头轴向偏移特征信号提取、特征信号时频域分析、模式识别、实验验证等方面进行了研究。(1)钻头轴向偏移机理分析。基于经典的钻入阶段力学模型详细分析了钻头发生轴向偏移时的受力情况,得出钻头轴向偏移的表现特征,并提出采用传感器信号来研究钻头轴向偏移的新思路。(2)传感器信号采集及去噪处理。建立钻削实验平台,采集钻削过程振动信号、声发射信号和主轴功率信号,并采用谱减法对采集的原信号进行去噪处理。(3)钻头轴向偏移特征信号提取与分析。首先,对主轴功率信号进行RMS分析和幅值变化率计算,提取出各孔钻削过程中钻入阶段的信号;然后,采用EMD分解方法提取钻头轴向偏移特征信号,并对其进行时域分析;最后,对钻头轴向偏移特征信号进行AR模型功率谱估计,分析其在频域上的特点。(4)基于小波包分解和分形盒维数的钻头轴向偏移研究分析。根据钻头轴向偏移特征信号在频域上特点,首先,采用小波包分解将钻头轴向偏移特征信号进行分频处理,将发生突变的频率带信号分离出来;然后,采用分形盒维数方法对各节点信号进行维数求解;最后,对各孔钻头轴向偏移特征信号分形维数变化情况进行了定量分析。(5)钻头轴向偏移及其对孔表面质量影响程度的实验验证。开展了两类实验:其一是通过比较孔的前端和后端的直径参数来判断该孔钻削过程中钻头是否发生偏移;其二是测量孔钻入端的表面粗糙度来将各孔钻头轴向偏移对孔表面质量影响程度进行分类,并与理论分析结果相对比,评估理论分析结果的有效性。理论分析和实验结果表明:采用本文所述方法,既能有效识别钻头轴向偏移状态,又能准确评估其对孔表面质量的影响程度。该方法为今后钻头轴向偏移抑制研究提供了一种新思路。