異形螺桿加工刀具狀態(tài)監(jiān)控及在線補(bǔ)償技術(shù)研究.pdf

1、刀具狀態(tài)監(jiān)控是異形螺桿加工過程關(guān)鍵的技術(shù)之一，對(duì)刀具狀態(tài)監(jiān)控可以降低制造成本，減少制造環(huán)境的危害，保證產(chǎn)品質(zhì)量。為此，論文針對(duì)異形螺桿加工刀具，建立了刀具磨、破損數(shù)學(xué)模型，開發(fā)了刀具監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了刀具磨損在線補(bǔ)償和破損預(yù)報(bào)。 論文主要研究?jī)?nèi)容：(1)異形螺桿加工過程刀具狀態(tài)的分析及信號(hào)檢測(cè)。在異形螺桿加工刀具磨、破損機(jī)理分析的基礎(chǔ)上，對(duì)各種典型加工過程狀態(tài)信號(hào)進(jìn)行對(duì)比，以能夠充分反映刀具磨、破損狀態(tài)的振動(dòng)信號(hào)和功率信號(hào)作為研究

2、對(duì)象，經(jīng)過傳感器安裝、采樣程序的編制、數(shù)據(jù)模/數(shù)轉(zhuǎn)換，完成了信號(hào)檢測(cè)。 (2)基于小波分析的振動(dòng)信號(hào)特征提取。加工過程中振動(dòng)信號(hào)在某個(gè)頻帶內(nèi)幅值的變化，能夠充分表征刀具的當(dāng)前情況。采用小波變換技術(shù)構(gòu)造濾波器組并提取刀具磨、破損特征信號(hào)。利用該特征信號(hào)建立了振動(dòng)幅值變化與刀具狀態(tài)的映射關(guān)系，從而計(jì)算出基于振動(dòng)信號(hào)的刀具狀態(tài)特征值，定性的識(shí)別出刀具磨、破損狀態(tài)。 (3)基于統(tǒng)計(jì)分析的功率信號(hào)特征提取。原始功率信號(hào)能夠很好的反

3、映螺桿加工中切削參數(shù)的變化，但其中所包含的刀具磨損信息卻沒有明顯的體現(xiàn)出來。因此，本文采用統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)，通過對(duì)信號(hào)均方根處理提取出刀具磨損特征信號(hào)。該特征信號(hào)既反映出了切削參數(shù)的變化規(guī)律，同時(shí)又明顯的反映出了刀具磨損的變化規(guī)律。因此，依據(jù)該信號(hào)計(jì)算得到的刀具磨損特征值能夠定性的識(shí)別出刀具磨損狀態(tài)。 (4)刀具磨、破損數(shù)學(xué)模型的建立。在建立刀具磨損數(shù)學(xué)模型時(shí)，本文提出了具有多信息、多參數(shù)融合的智能建模方法。該方法以振動(dòng)、功率特征信

4、號(hào)作為系統(tǒng)輸入，刀具磨損量作為系統(tǒng)的輸出，基于ANFIS建立輸入輸出的映射關(guān)系，從而建立刀具磨損模型，定量的識(shí)別出螺桿加工中刀具磨損的程度。 在建立刀具破損數(shù)學(xué)模型時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)振動(dòng)信號(hào)特征值的變化情況，本文按照非線性系統(tǒng)辨識(shí)步驟，進(jìn)行非線性特征檢驗(yàn)，選擇模型描述方法，采用最小二乘法進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，最終得到加工長(zhǎng)度和振動(dòng)信號(hào)特征值這一非線性系統(tǒng)方程，并實(shí)現(xiàn)破損特征值的預(yù)測(cè)。 (5)刀具監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)。首先，開發(fā)了刀具

5、長(zhǎng)度補(bǔ)償算法，基于該算法和建立的刀具磨損模型計(jì)算得到補(bǔ)償控制信號(hào);基于建立的刀具破損模型計(jì)算刀具破損特征值，并建立了刀具破損判定準(zhǔn)則。其次，完成了刀具監(jiān)控系統(tǒng)的硬件及軟件開發(fā)設(shè)計(jì)；基于PLC的聯(lián)接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)向螺桿銑床數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、指令傳輸。最終，實(shí)現(xiàn)了刀具磨損在線補(bǔ)償和刀具破損的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，刀具監(jiān)控系統(tǒng)成功地實(shí)現(xiàn)了異形螺桿加工刀具的磨損在線補(bǔ)償和破損預(yù)報(bào)，在保證加工質(zhì)量的同時(shí)提高了加工效率，降低了制造成