基于arm刀具磨損聲譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)論文(已修改)
2025-07-01 13:16 本頁面
【正文】 1 前言在傳統(tǒng)的機(jī)械加工環(huán)境中，以人為主體，對(duì)于加工過程中出現(xiàn)的各種狀況都通過人的直覺來判斷，通常是通過加工過程中所產(chǎn)生的噪音和所加工工件的質(zhì)量來判斷工況，既方便又簡(jiǎn)單，但是存在很大的誤差，也會(huì)因?yàn)楣と怂降牟煌鴧⒉畈积R，目前，機(jī)械制造業(yè)正在向柔性化、無人化方向發(fā)展，隨著柔性制造系統(tǒng)和集成制造系統(tǒng)的發(fā)展，機(jī)械加工系統(tǒng)的自動(dòng)化程度日益提高，就要求對(duì)加工過程中出現(xiàn)的故障進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)。刀具作為機(jī)械設(shè)備加工的執(zhí)行者，其磨損狀態(tài)直接影響加工工件的質(zhì)量，刀具的磨損不僅會(huì)影響加工工件的精度和表面質(zhì)量、降低生產(chǎn)效率，而且會(huì)提高加工成本，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)影響加工系統(tǒng)的正常運(yùn)行和工人的安全，造成不必要的損失。切削過程是一個(gè)非常復(fù)雜的過程，刀具的切削動(dòng)作勢(shì)必會(huì)影響刀具的狀態(tài)。制造業(yè)是一個(gè)國(guó)家的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，關(guān)系到國(guó)計(jì)民生，而刀具是制造業(yè)中重要的部件，它的發(fā)展關(guān)系到制造業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步，又因?yàn)榈毒叩哪p會(huì)直接影響加工件的尺寸和表面質(zhì)量，因此，能否及時(shí)的獲取刀具的磨損程度顯得尤為重要，以便根據(jù)刀具的磨損狀態(tài)及時(shí)的更換刀具或是進(jìn)行尺寸補(bǔ)償，這樣可以降低工件的報(bào)廢率，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。鑒于此，在加工過程中，及時(shí)定量的掌握刀具的狀態(tài)，監(jiān)測(cè)刀具的磨損量和崩刃等故障，對(duì)于延長(zhǎng)刀具的壽命，提高生成效率，獲得高精度的工件具有重要的意義。 國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀及存在的問題目前，國(guó)內(nèi)外的許多機(jī)構(gòu)和學(xué)者已經(jīng)開展了對(duì)刀具狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的研究[1][6]，針對(duì)不同的加工方法及切削條件，提出了許多監(jiān)測(cè)方法。根據(jù)加工過程和所使用的傳感器的種類不同，目前國(guó)內(nèi)外所采用的自動(dòng)監(jiān)測(cè)刀具狀態(tài)的方法可歸結(jié)為兩類[1]：一類是直接監(jiān)測(cè)法，包括接觸、光導(dǎo)纖維和電視攝像和光學(xué)法等，直接監(jiān)測(cè)法就是利用切削過程中刀具的形狀、位置等參數(shù)來判斷刀具的磨損狀態(tài)，一般只能用于離線監(jiān)測(cè)，由于該種方法不能實(shí)時(shí)的判斷刀具的狀態(tài)，可能會(huì)使所加工的工件因不合格而報(bào)廢，因此此類方法已被淘汰。另一類是間接監(jiān)測(cè)法，它包括切削力、扭矩、主軸電機(jī)功率、切削振動(dòng)、切削溫度、工件尺寸、工件表面粗糙度、聲發(fā)射、切削聲信號(hào)的測(cè)量、雙信號(hào)監(jiān)測(cè)等方法。二者的比較見表11[1]，其中說明了目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)進(jìn)行或正在開發(fā)的各種檢測(cè)方法所使用的傳感器、適用范圍、原理和各自的優(yōu)缺點(diǎn)。刀具磨損的檢測(cè)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳感技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。刀具的破損監(jiān)測(cè)是最早提出的研究方向，破損是刀具的主要失效形式之一，特別是由脆性材料制成的刀具（如硬質(zhì)合金、陶瓷刀具等），由于刀具的破損監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)比較成熟并已應(yīng)用于生產(chǎn)，因此近些年來很多學(xué)者將研究的方向轉(zhuǎn)向刀具磨損的在線監(jiān)測(cè)上來。切削過程中，刀具的磨損在所難免，由于刀具的磨損是一個(gè)緩慢、漸進(jìn)的過程，所以對(duì)刀具的磨損進(jìn)行實(shí)時(shí)在線的監(jiān)測(cè)的研究方法尚未成熟。表 11 常見的刀具監(jiān)測(cè)方法監(jiān)測(cè)方法傳感器工作原理使用范圍及特點(diǎn)直接法光導(dǎo)纖維和電視攝像光纖、光學(xué)傳感器、攝像機(jī)利用磨損面反射的光線或攝像機(jī)攝像，再經(jīng)圖象處理和識(shí)別在線、非實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)多種刀具磨損及破損，可現(xiàn)直觀圖像。價(jià)格較高，正在進(jìn)行實(shí)用化開發(fā)接觸測(cè)頭、靠模、磁間隙傳感器檢測(cè)切削刃位置用于車、鉆、銑等，簡(jiǎn)便，但易受切屑及切削溫度影響，不能實(shí)時(shí)檢測(cè)，有一定的應(yīng)用前景放射性技術(shù)放射性元素刀具里注入同位素，測(cè)切屑中的放射性用于各種切削加工，不受加工環(huán)境影響，但需要解決防護(hù)問題，實(shí)時(shí)性差。應(yīng)用前景小間接法切削溫度熱電偶測(cè)工件、刀具間切削溫度的突發(fā)增量用于車削，靈敏度較低，不能用于有冷卻液的情況，應(yīng)用前景小測(cè)表面粗糙度激光傳感器紅外傳感器測(cè)加工表面粗糙度變化量用于車、銑等，非實(shí)時(shí)檢測(cè)，其應(yīng)用受到一定局限振動(dòng)加速度計(jì)、振動(dòng)傳感器 檢測(cè)加工過程的振動(dòng)信號(hào)及其變化用于車、銑、鉆等，靈敏，實(shí)地檢測(cè)，有應(yīng)用前景，但需解決刀具的自激振動(dòng)及環(huán)境噪聲的干擾切削力 應(yīng)變力傳感器 壓電力傳感器 檢測(cè)切削力、切削分力的比值及其變化率 用于車、銑、鉆等，簡(jiǎn)便，實(shí)時(shí)檢測(cè)，應(yīng)用較廣， 功率 互感器、分流器、功率傳感器 主電機(jī)或進(jìn)給電機(jī)功率及其變化率 用于車、銑、鉆等，成本低，易使用，實(shí)時(shí)檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)加工，有商品供應(yīng)，有應(yīng)用前景聲發(fā)射聲發(fā)射傳感器 檢測(cè)加工過程中的聲發(fā)射信號(hào)及其特征參量用于車、鉆、攻絲、銑等，靈敏。實(shí)用，實(shí)時(shí)監(jiān)側(cè)，有較廣應(yīng)用前景，有商品供應(yīng) 本課題的提出在刀具的切削過程中會(huì)產(chǎn)生大量的聲音信號(hào)，切削聲信號(hào)是其中的一種，聲音信號(hào)的幅值和頻率會(huì)隨刀具的磨損狀態(tài)而變化，有經(jīng)驗(yàn)的工人可以根據(jù)切削過程中所產(chǎn)生的聲音信號(hào)來判斷刀具的磨損狀態(tài)，由于工人的水平和工作狀態(tài)不盡相同，因此該方法得不到推廣，這也反映了利用聲音信號(hào)進(jìn)行刀具磨損監(jiān)測(cè)是一種可行的方法。在利用切削聲信號(hào)監(jiān)測(cè)刀具磨損方面，許多學(xué)者也做了一些研究。廈門電視大學(xué)的張紀(jì)鎖等[2]選取切削聲的頻帶聲壓級(jí)（中心頻率和幅值）作為判別刀具磨損狀態(tài)的特征量，通過逐步回歸計(jì)算，建立了刀具懸伸長(zhǎng)度和頻帶聲壓級(jí)幅值與刀具磨損狀態(tài)之間的判別方程，進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)表明，利用刀具磨損狀態(tài)判別方程可以很好的識(shí)別出刀具的磨損狀態(tài)。上海交通大學(xué)的王敏等[3]利用銑削噪聲信號(hào)作為監(jiān)測(cè)刀具磨損狀態(tài)的特征量，研究了銑削噪聲信號(hào)與主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速率之間的關(guān)系，而且進(jìn)一步得出在一定主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速率下，銑削噪聲聲壓值隨刀具磨損量的增大而增大，表明銑削噪聲與刀具磨損量的相關(guān)性很好。天津大學(xué)的王太勇等[4]對(duì)切削過程中的聲信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)采用多參數(shù)的功率譜分析技術(shù)進(jìn)行了功率譜多參數(shù)分析，得出功率譜之和與刀具的磨損量有著密切的關(guān)系，而且譜散度分析可用于刀具正常磨損階段磨損量值的估計(jì)。以上對(duì)于切削聲信號(hào)的研究表明，切削聲信號(hào)中包含大量與刀具磨損有關(guān)的信息，為本課題的提出提供了思路和參考價(jià)值，此外，
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