異形螺桿加工刀具狀態(tài)監(jiān)控及在線補償技術(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)，實現(xiàn)了刀具磨損在線補償和破損預(yù)報。 論文主要研究內(nèi)容：(1)異形螺桿加工過程刀具狀態(tài)的分析及信號檢測。在異形螺桿加工刀具磨、破損機理分析的基礎(chǔ)上，對各種典型加工過程狀態(tài)信號進行對比，以能夠充分反映刀具磨、破損狀態(tài)的振動信號和功率信號作為研究

2、對象，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，完成了信號檢測。 (2)基于小波分析的振動信號特征提取。加工過程中振動信號在某個頻帶內(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。利用該特征信號建立了振動幅值變化與刀具狀態(tài)的映射關(guān)系，從而計算出基于振動信號的刀具狀態(tài)特征值，定性的識別出刀具磨、破損狀態(tài)。 (3)基于統(tǒng)計分析的功率信號特征提取。原始功率信號能夠很好的反

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)計分析技術(shù)，通過對信號均方根處理提取出刀具磨損特征信號。該特征信號既反映出了切削參數(shù)的變化規(guī)律，同時又明顯的反映出了刀具磨損的變化規(guī)律。因此，依據(jù)該信號計算得到的刀具磨損特征值能夠定性的識別出刀具磨損狀態(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，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、功率特征信

4、號作為系統(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，為了實現(xiàn)實時預(yù)測振動信號特征值的變化情況，本文按照非線性系統(tǒng)辨識步驟，進行非線性特征檢驗，選擇模型描述方法，采用最小二乘法進行參數(shù)估計，最終得到加工長度和振動信號特征值這一非線性系統(tǒng)方程，并實現(xiàn)破損特征值的預(yù)測。 (5)刀具監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)。首先，開發(fā)了刀具

5、長度補償算法，基于該算法和建立的刀具磨損模型計算得到補償控制信號;基于建立的刀具破損模型計算刀具破損特征值，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；基于PLC的聯(lián)接技術(shù)，實現(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，實現(xiàn)了刀具磨損在線補償和刀具破損的實時監(jiān)控。 現(xiàn)場實驗結(jié)果證明，刀具監(jiān)控系統(tǒng)成功地實現(xiàn)了異形螺桿加工刀具的磨損在線補償和破損預(yù)報，在保證加工質(zhì)量的同時提高了加工效率，降低了制造成