【摘要】：金屬切削過程的在線監(jiān)控對于保證零件加工質(zhì)量、減少刀具失效和機床故障、提高生產(chǎn)自動化水平具有重要意義。銑削過程會產(chǎn)生聲發(fā)射信號，聲發(fā)射信號蘊涵了豐富的與刀具狀態(tài)密切相關(guān)的信息。本文以聲發(fā)射信號為分析對象，研究銑刀的故障診斷。 首先，構(gòu)建了基于虛擬儀器技術(shù)的銑削聲發(fā)射信號采集分析系統(tǒng)。系統(tǒng)以LabVIEW為軟件平臺，結(jié)合MATLAB數(shù)值分析軟件，開發(fā)了基于聲發(fā)射信號的采集系統(tǒng)、去噪系統(tǒng)、參數(shù)分析系統(tǒng)以及頻域分析等軟件系統(tǒng)。通過設(shè)計試驗采集到了各種工況各種刀具狀態(tài)下的聲發(fā)射信號并對采集的聲發(fā)射信號進行小波閾值去噪處理。 然后,分別利用時域參數(shù)分析法與頻域分析法對聲發(fā)射信號進行了分析。對不同工況不同刀具狀態(tài)下聲發(fā)射信號的總振鈴計數(shù)、總事件計數(shù)、總能量、有效電壓（RMS）等統(tǒng)計特征參量進行了計算，結(jié)果表明刀具自新刀狀態(tài)到微磨損狀態(tài)再到嚴(yán)重磨損狀態(tài)，其總振鈴計數(shù)及總事件計數(shù)均呈現(xiàn)出下降的趨勢，相反，其總能量及有效值電壓值（RMS）則隨著刀具磨損程度加劇而增大的趨勢。對各信號進行頻譜分析發(fā)現(xiàn)，隨著銑刀磨損程度的加劇，能量主峰頻率向低頻移動并且功率譜幅值也相應(yīng)的呈增大趨勢；同時考察重心頻率（FC）、均方根頻率（RMSF）以及頻率標(biāo)準(zhǔn)方差（RVF）這幾個頻率特征參數(shù)發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)C、RMSF、RVF有隨刀具磨損程度加劇而下降的趨勢。 之后，將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用于銑刀狀態(tài)識別。研究了基于銑刀聲發(fā)射信號的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)識別原理，分析了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的工作工程，討論了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確定及樣本的確定等一些重要問題，給出了網(wǎng)絡(luò)層數(shù)、各層節(jié)點數(shù)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)初始化以及樣本選取、樣本構(gòu)造、樣本處理等相關(guān)問題的原則與方法，并建立了BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以實現(xiàn)銑刀狀態(tài)識別。 論文最后通過銑削試驗對所構(gòu)建的系統(tǒng)和提出的方法進行了驗證。驗證表明：所構(gòu)建的基于LabVIEW平臺的聲發(fā)射信號采集分析系統(tǒng)響應(yīng)速度快、界面友好、操作簡便且實用可靠；基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的銑刀聲發(fā)射信號故障識別方法是可行的，克服了其它識別方法過分依賴于經(jīng)驗與背景知識的缺點。
【圖文】：

削過程中聲發(fā)射現(xiàn)象產(chǎn)生的機理射是一種普遍存在的物理現(xiàn)象，自五十年代以來就有大量研究程中蘊涵著豐富的聲發(fā)射信息。金屬材料或結(jié)構(gòu)在遇到內(nèi)力塑性變形、形成裂紋或破裂以及金相組織相變等都會伴有應(yīng)力了聲發(fā)射現(xiàn)象，，而引發(fā)聲發(fā)射的材料變形與裂紋擴展的物理則稱為聲發(fā)射源。聲發(fā)射源涉及范圍非常廣泛，在金屬切削過要來自加工的工件、切削過程中產(chǎn)生的切削以及切削刀具的彈如圖 2-1 所示，第 I 變形區(qū)的材料在切削力作用下引起剪切滑及擠裂、折斷；第 II 變形區(qū)刀具與切屑內(nèi)外摩擦導(dǎo)致切屑進形；第 III 變形區(qū)因為刀具與工件表面摩擦，致使已加工表面刀面產(chǎn)生磨損[28]。所以在金屬切削加工過程中，很顯然刀具擦以及刀具后刀面的磨損、切削撞擊、折斷、剪切區(qū)塑性變形

由于銑削過程具有不連續(xù)性，這就使得銑刀在切入、切離工件時均號，而且這個信號很高，會產(chǎn)生聲發(fā)射信號均方根（RMS）的兩個銑刀在切離工件時存在切屑可能附著在銑刀上進入下一個切削循環(huán)擁塞，這造成聲發(fā)射信號的水平及特征會隨機變化。在銑削過程中由于每次銑削周期的銑削厚度不均而引起銑刀傾斜表變化及接觸條件的變化。由于銑削過程是多刃切削的過程，所以存在多個聲發(fā)射信號源。屬銑削過程中，其銑削聲發(fā)射信號源主要來自切削區(qū)內(nèi)銑齒剪切區(qū)銑齒前刀面與銑屑間的摩擦、銑齒后刀面與已加工工件表面間的摩離開切削區(qū)時引起的銑齒載荷突變等。因為選用直柄立銑刀進行銑的切屑尺寸很小很小，故因切屑碎裂或糾纏而引起的聲發(fā)射信號并此類銑削加工過程中的聲發(fā)射信號主要有兩個區(qū)域組成：銑刀周邊以及銑刀后刀面與已加工表面接觸區(qū)[29]。圖 2-2 為金屬銑削加工過示意圖，圖中 AB 表示銑刀周邊與工件接觸區(qū)，CD 表示銑刀后刀面接觸區(qū)。
【學(xué)位授予單位】：南昌航空大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TG54;TH165.3

【引證文獻】

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 李精忠;銑削加工穩(wěn)定性與刀具可靠性研究[D];大連理工大學(xué);2013年

本文編號：2545768