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自由曲面數(shù)控加工中過切的小波分析
時(shí)間:2017/11/20文章來源:山一數(shù)控分享到:
模具在制造中大量使用數(shù)控機(jī)床和加工中心等設(shè)備,制造周期較長(zhǎng),操作人員極易疲勞故障一旦發(fā)生,從人的感知到采取相應(yīng)的措施常常需要數(shù)秒的時(shí)間,這將有可能導(dǎo)致產(chǎn)品報(bào)廢,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失對(duì)于一般零件加工中的刀具破損及加工故障診斷等國(guó)內(nèi)外多有研究報(bào)道,大多集中在聲發(fā)射、切削力或振動(dòng)監(jiān)控等方面,并已取得很大進(jìn)展但是對(duì)于加工復(fù)雜模具等具有自由曲面特征的工件,還缺乏有效的監(jiān)控技術(shù),究其原因在于過切信號(hào)難于識(shí)另a為給實(shí)時(shí)監(jiān)控提供有效的手段,本文采用當(dāng)前信號(hào)處理十分有力的工具一一小波分析,對(duì)原始信號(hào)的不同時(shí)段和頻段進(jìn)行“聚焦式”掃描,以將過切信號(hào)從時(shí)-頻空間準(zhǔn)確提取出來1小波分析概念小波分析是傅立葉分析的發(fā)展,它是采用一個(gè)許樹新等:自由曲面數(shù)控加工中過切的小波分析彈性的小波基函數(shù)kb(t)作為積分變換函數(shù),對(duì)不同的頻率,依據(jù)尺度參數(shù)a的伸縮來實(shí)現(xiàn)分析檢測(cè)高頻特性時(shí)(a減?。?,時(shí)間窗口自動(dòng)變窄,頻率窗口自動(dòng)變寬;分析檢測(cè)低頻特性時(shí)(a增大),時(shí)間窗口自動(dòng)變寬,頻率窗口自動(dòng)變窄,實(shí)現(xiàn)了時(shí)-頻窗口的自適應(yīng)變化對(duì)不同的時(shí)段,可將基函數(shù)沿時(shí)間軸滑動(dòng),從而可以分析信號(hào)在任意時(shí)段的任意細(xì)節(jié)。

2自由曲面加工中過切信號(hào)小波分析原理在數(shù)控加工中,刀具端面與工件曲面發(fā)生相交稱為過切,它屬于非正常切削當(dāng)工件自由曲面發(fā)生過切時(shí),由于切削力突然發(fā)生變化,導(dǎo)致切削功率發(fā)生變化,相應(yīng)地驅(qū)動(dòng)刀具工作的電機(jī)電流也將發(fā)生變化因此,監(jiān)測(cè)電機(jī)電流隨切削力的變化情況可間接監(jiān)測(cè)刀具狀態(tài)從主軸電機(jī)提取電流信號(hào),最簡(jiǎn)單的方法是串聯(lián)電阻進(jìn)行I/U轉(zhuǎn)換,以電壓形式輸出,但電阻的加入使得電機(jī)本身的負(fù)載特性發(fā)生變化,降低了測(cè)量的精度。另外,在電阻兩端連接的其他儀器必須等值變壓以懸浮其電位,無疑增加了測(cè)量系統(tǒng)的復(fù)雜性鑒于此,本文采用磁平衡式霍爾電流傳感器該傳感器本身連接一個(gè)直流電源,它在霍爾元件內(nèi)部產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)電機(jī)電流輸入端連接到傳感器上時(shí),其輸出端便有電流產(chǎn)生,它在霍爾元件的內(nèi)部即產(chǎn)生一個(gè)平衡的磁場(chǎng),如電機(jī)電流發(fā)生變化,平衡的磁場(chǎng)即遭到破壞,欲達(dá)到新的平衡,輸出端電流必須作相應(yīng)的改變由于霍爾元件輸入-輸出間具有良好的線性關(guān)系,因此,其輸出信號(hào)的波動(dòng)可間接反映電機(jī)電流的變化情況設(shè)輸出的信號(hào)為f(t),則f(t)的連續(xù)小波變換可定義為f(t)與,)(的內(nèi)積的多分辨逼近,相應(yīng)的尺度函數(shù)1,故V/空間的基函數(shù)也應(yīng)位于V/+i空間中,因此可以用V/+i空間的規(guī)范正交基來表示1和2‘的逼近分別是它在V/+i和V/的正交投影,根據(jù)投影定理,分辨率為2’的細(xì)節(jié)信號(hào)應(yīng)該是原始信號(hào)在V/關(guān)于V+1的正交補(bǔ)空間上的正交投影,設(shè)此正交補(bǔ)空間為W/,即故W/空間的基函數(shù)2/(x-2/n)也應(yīng)位于V/+i空間中,因此也可以用V+1空間的規(guī)范正交基式(5)來表示如信號(hào)/(t)GV+ 1,則上式表明,f(t)的離散逼近Af可以從高一級(jí)離散逼近Ad+i/通過濾波器抽采得到,f(t)的細(xì)節(jié)信號(hào)D/f也可以從高一級(jí)離散逼近Ad+i/通過另一濾波器抽采得到。濾波器h(n)g(n)是以尺度函數(shù)h(t)和小波函數(shù)⑴的內(nèi)積來定義的若原始信號(hào)A0f有N個(gè)采樣,只要給出所謂a,b(t)-一小波基函數(shù),當(dāng)a>1時(shí)(t)的波形伸展,當(dāng)a<1時(shí)(t)波形壓縮參數(shù)a的伸縮和參數(shù)b的平移如連續(xù)取值,稱為連續(xù)小波變換實(shí)際應(yīng)用中對(duì)其進(jìn)行二進(jìn)離散,即取a=試驗(yàn)是在TRIACATC立式加工中心上進(jìn)行波的過切主要在曲面的搭接處或刀具轉(zhuǎn)彎過程中容稱為二進(jìn)小波變換。

對(duì)9于計(jì)算機(jī)采樣獲得的數(shù)字信號(hào),其二進(jìn)小過切示意。刀具2工件易發(fā)生,為了簡(jiǎn)化試驗(yàn)過程同時(shí)又兼顧過切的基本特征,本文進(jìn)行了如所示的過切模擬試驗(yàn),采樣頻率均為1kHz3.1過切試驗(yàn)試驗(yàn)條件如下:銑刀直徑為8mm,切削深度為1mm,主軸轉(zhuǎn)速為n=500r/min,進(jìn)給速度為v=150mm/min,過切深度為Hg=0.05mm,工件材料為A3鋼,刀具材料為高速鋼。實(shí)測(cè)信號(hào)如中S所示過切信號(hào)及小波分解從可以看到時(shí)域信號(hào)較為復(fù)雜,沒有明顯的過切特征,如從頻域上觀察,由于沒有時(shí)域的定位作用從而達(dá)不到實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。因此,對(duì)原始實(shí)測(cè)信號(hào)進(jìn)行小波分解,變換結(jié)果列于從變換結(jié)果可以看出,過切發(fā)生時(shí),在小尺度上(高頻)反映不明顯,但在第4尺度上過切特征被明顯地表示出在實(shí)際監(jiān)控中,可在該尺度上設(shè)定一個(gè)閾值,即可識(shí)別切削狀態(tài),而且其過切點(diǎn)在小波變換圖中時(shí)-頻雙向均被精確定位,從而便于實(shí)時(shí)監(jiān)控3.2過切試驗(yàn)二試驗(yàn)條件:銑刀直徑為10mm,切削深度往= 0.5mm,主軸轉(zhuǎn)速n=500r/min,進(jìn)給速度v=150mm/min,過切深度Q1mm,工件材料為A潮,刀具材料為高速鋼實(shí)測(cè)信號(hào)及其小波分解見從圖中可以看出過切點(diǎn)在高頻段反映也不明顯,同樣在第4尺度上,過切特征被明顯表現(xiàn)出來4結(jié)束語小波變換為信號(hào)的時(shí)-頻局部化提供了數(shù)學(xué)基礎(chǔ)采用小波分析方法,可以同時(shí)從時(shí)域和頻域?qū)π盘?hào)進(jìn)行分析,并對(duì)感興趣的點(diǎn)進(jìn)行精確時(shí)-頻定位在工件自由曲面數(shù)控加工中,過切為常見的故障形式,其切入點(diǎn)含有較豐富的頻率信息,但僅從時(shí)域觀察很難得出過切的相關(guān)信息小波分析能在不同時(shí),段上觀察信號(hào),并能準(zhǔn)確提取頻率突變點(diǎn)的各種信息本文的研究表明,在時(shí),空間采用“聚焦式”掃描觀察過切信息,雖然在有些頻段上反映不明顯,但在另一些頻段上,小波系數(shù)值明顯突出從而能有效地實(shí)時(shí)識(shí)別刀具切削狀態(tài),為實(shí)現(xiàn)刀具狀態(tài)監(jiān)控奠定了基礎(chǔ)
上一條:橢圓齒輪的近似擬合和數(shù)控加工
下一條:淺析機(jī)床多軸化的優(yōu)勢(shì)
  • 宋經(jīng)理:13705419939
  • 張經(jīng)理:15966602397
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