基于加工中心機(jī)床切削力信號(hào)的在線監(jiān)測設(shè)計(jì)doc-資料下載頁
2025-07-18 01:21本頁面
【正文】 進(jìn)給量、側(cè)吃刀量以及銑刀的齒數(shù)成反比，但與銑刀的直徑成正比。因此，為了提高刀具的耐用度允許使用較小的切削速度，但是，加大銑刀的直徑可以改善散熱條件，從而可以提高切削速度，進(jìn)而提高生產(chǎn)率。 因此，作者選擇通過改變背吃刀量、進(jìn)給量和主軸轉(zhuǎn)速來測量切削力信號(hào)，研究切削用量對(duì)切削力的影響。進(jìn)而對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，研究刀具磨損時(shí)切削力的信號(hào)特征。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)域分析由于本次實(shí)驗(yàn)選擇的是銑刀，所以力的變化主要發(fā)生在X、Y方向上，因此對(duì)X、Y方向上的切削力信號(hào)進(jìn)行分析。下面的切削力信號(hào)中有三個(gè)峰值，是因?yàn)殂姷兜娜齻€(gè)齒，其中第一個(gè)齒受力最大。（1） 切削力隨背吃刀量ap的變化實(shí)驗(yàn)條件：主軸轉(zhuǎn)速 s=600r/min，進(jìn)給量f=150，改變背吃刀量ap 背吃刀量ap=1 mm由圖可知：此時(shí)X方向的峰值大約為1500N，Y方向的峰值大約為1520N。 背吃刀量ap=2 mm由圖可知：此時(shí)X方向的峰值大約為3000N，Y方向的峰值大約為3000N。 背吃刀量ap=3 mm由圖可知：此時(shí)X方向的峰值大約為4500N，Y方向的峰值大約為4600N。由以上三圖可知：隨著背吃刀量的增加，切削力有倍增的趨勢。在實(shí)際的切削過程中，當(dāng)背吃刀量增加時(shí)，切削力增加明顯。因此其對(duì)刀具的磨損影響顯著，在不影響生產(chǎn)效率的同時(shí)，應(yīng)選擇盡可能小的背吃刀量。（2）切削力隨進(jìn)給量f的變化實(shí)驗(yàn)條件：背吃刀量ap =1 mm，主軸轉(zhuǎn)速s=800r/min，改變進(jìn)給量f 進(jìn)給量f=100由圖可知：此時(shí)X方向的峰值大約為1500N，Y方向的峰值大約為1500N。 進(jìn)給量f=150由圖可知：此時(shí)X方向的峰值大約為1980N，Y方向的峰值大約為2000N 進(jìn)給量f=200由圖可知：此時(shí)X方向的峰值大約為2500N，Y方向的峰值大約為2550N。不難發(fā)現(xiàn)，進(jìn)給量對(duì)切削力的影響雖不像背吃刀量的影響那么大，若進(jìn)給量增大一倍，切削力增大68%～80%。（3）切削力隨主軸轉(zhuǎn)速S的變化實(shí)驗(yàn)條件：背吃刀量ap =1 mm，進(jìn)給量f=150，改變主軸轉(zhuǎn)速S 主軸轉(zhuǎn)速S=500r/min由圖可知：此時(shí)X方向的峰值大約為1500N，Y方向的峰值大約為1550N。 主軸轉(zhuǎn)速S=600r/min由圖可知：此時(shí)X方向的峰值大約為1500N，Y方向的峰值大約為1600N。 主軸轉(zhuǎn)速S=700r/min由圖可知：此時(shí)X方向的峰值大約為1550N，Y方向的峰值大約為1600N。由得到的三組數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，雖然主軸轉(zhuǎn)速有所增加，但切削力的增加不是很明顯。因此，在保證工件表面質(zhì)量的情況下，適當(dāng)?shù)脑黾又鬏S轉(zhuǎn)速，以提高生產(chǎn)效率。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的頻域分析 ，但這種周期性是受限于主軸轉(zhuǎn)速S的，主軸轉(zhuǎn)速S發(fā)生變化，周期時(shí)間也會(huì)隨之發(fā)生變化。為此我們可以對(duì)力信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，從頻譜上更容易顯示力信號(hào)的頻率構(gòu)成。功率譜保留了信號(hào)的功率在頻域隨頻率的分布情況，因此在實(shí)際的工程應(yīng)用中通常用功率譜來近似地表達(dá)頻域信息。由于本次試驗(yàn)，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速并不高，所以力的頻率分布偏下。限于篇幅，我們拿出以下三個(gè)數(shù)據(jù)來進(jìn)行分析。如下：由以上三圖可知，組成切削力的分量，大部分分布在300~1200Hz之間。 本章小結(jié)（1）針對(duì)具體的切削力信號(hào)，我們進(jìn)行了實(shí)際的驗(yàn)證，通過具體的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。（2）我們對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析和處理，通過改變切削用量，對(duì)切削力進(jìn)行了時(shí)域與頻域的分析。為工件加工中的刀具選擇以及刀具磨損時(shí)的切削力信號(hào)特征提供了一定的理論基礎(chǔ)。5 結(jié) 論本文是用計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)和信息，對(duì)機(jī)械加工過程實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控。“加工中心機(jī)床切削力信號(hào)在線監(jiān)測”是來自于工程實(shí)際的項(xiàng)目，利用壓電式測力儀測得信號(hào)，然后進(jìn)行放大、補(bǔ)償、A/D轉(zhuǎn)換，再利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行采集、處理和分析。我們完成了監(jiān)測系統(tǒng)的整體構(gòu)建，并別介紹了各部分的組成和功能。具體如下：（1）完成系統(tǒng)的整體構(gòu)建，并分別介紹了各部分的組成及功能，著重分析了系統(tǒng)的主要部分：硬件部分、采集部分和分析部分。（2）硬件部分分為三部分：壓電式測力儀、電荷放大器以及帶有視頻采集卡的計(jì)算機(jī)。主要介紹了測力儀的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)和原理，電荷放大器的基本原理以及視頻采集卡的主要性能。（3）數(shù)據(jù)采集部分主要是利用視頻采集卡MP04A進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集，了解了MP04A的特性。（4）數(shù)據(jù)分析部分實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的處理和分析，采集來的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理：數(shù)據(jù)濾波，同時(shí)可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域分析及頻域分析，并將分析結(jié)果進(jìn)行顯示。（5）在研究本課題的過程中，我們進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)。通過典型的切削力信號(hào)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)的硬件部分和軟件部分的可靠經(jīng)和穩(wěn)定性?？傊?，對(duì)于加工中心機(jī)床切削力信號(hào)的在線監(jiān)測的研究是非常有意義的，它為刀具的選擇、何時(shí)換刀以及工件表面質(zhì)量的保證起到了理論指導(dǎo)的作用。但在本課題的研究、設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)過程中，作者遇到了不少難題，例如，不能完全排除其它干擾信號(hào)（噪聲、振動(dòng)等）對(duì)切削力信號(hào)的影響。所以監(jiān)控系統(tǒng)還可以進(jìn)行進(jìn)一步完善 。例如：本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析是針對(duì)比較童工的切削力信號(hào)，可將此部分進(jìn)行完善，針對(duì)具體的加工過程中的故障進(jìn)行診斷，提高系統(tǒng)的實(shí)用價(jià)值。參 考 文 獻(xiàn)[1] 吳長忠,孫選,李國平,[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2009:5[2] 郭厚焜,官海兵,[J].工具技術(shù),2007:5657[3] [D].大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文,2002:610[4] 周林,[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,[5] 周生國,[M],:國防工業(yè)出版社,[6] 楊斌,[J].自動(dòng)化與儀器儀表,:4547[7] 何光偉,艾長勝,王娜,樊寧,[J].控制與檢測,2009(12):5157[8] 陳興文,[J].微計(jì)算機(jī)信息,2005,21(4):9497[9] 王蕾,孫忠良,[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2009:191193[10] [J].武漢工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),1999(3):4246[11] 付寶琴,[J].現(xiàn)代電子技術(shù),1999(4):2023[12] ,Subhashree Rath. Inprocess tool wear estimation in milling using cutting force model[J].Journal of Materials Processing Technology,2000(1999):113119[13] ,. Tool wear monitoring in face milling using force sinals[J].Wear,1996(198):136142[14] 濮良貴,紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M],:高等教育出版社,[15] [M],:中國科學(xué)技術(shù)出版社,1990.[16] 李勁松,[J].,24(5):571574[17] 羅良武,[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,[18] ,. The design of a singlechip tool monitoring system for online turning operation[J].Original Article,2004(24):404414[19] 吳宗澤,[M].北京:高等教育出版社,[20] ,. An investigation of indices on milling force for tool wear in milling[J].Journal of Materials Processing Technology,1999:245253[21] 王愛玲,[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,[22] 李郝林,[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，
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