發(fā)布時間：2020-05-29 06:46

【摘要】：在銑削過程中,由于切削因素、刀具和工件材料的影響,銑刀經(jīng)常發(fā)生脆性破損,影響加工的精度和效率。因此很有必要對銑刀的破損進(jìn)行檢測,一旦發(fā)現(xiàn)就及時采取換刀等措施,避免帶來更大的損失。由于銑削過程中的振動信號能夠較好的反映出銑刀的狀態(tài),因此本文采用基于振動傳感器的間接檢測方法,在加工過程中對銑刀進(jìn)行實時的破損檢測。本文還提出基于永磁擾動傳感器的直接檢測方法,可以在未銑削的加工間歇進(jìn)行銑刀破損檢測,也可以對間接檢測的結(jié)果進(jìn)行二次判斷,減少誤判率。在基于振動傳感器的銑刀破損的檢測方法中,采集機(jī)床主軸X、Y、Z三個方向的振動信號,本文提出采用變分模態(tài)分解對信號進(jìn)行分解,提取各模態(tài)的中心頻率和能量作為模態(tài)特征。進(jìn)一步結(jié)合提取的時域、頻域特征和小波包分解的能量特征,采用基于隨機(jī)森林模型的特征選擇方法選出重要的特征。采用支持向量機(jī)和集成學(xué)習(xí)模型對選擇的特征進(jìn)行訓(xùn)練,并結(jié)合K折交叉驗證和網(wǎng)格搜索的方法確定模型的最優(yōu)參數(shù)。對比兩種模型發(fā)現(xiàn)集成學(xué)習(xí)方法的隨機(jī)森林模型具有較高的預(yù)測準(zhǔn)確率。在基于永磁擾動傳感器的檢測方法中,提出了基于倍頻頻段能量的特征提取方法,提取轉(zhuǎn)頻的各倍頻對應(yīng)頻段的能量值。并進(jìn)一步提出了基于倍頻頻段能量熵的檢測模型,實驗表明,該方法可以對銑刀破損進(jìn)行檢測并達(dá)到了較好的效果。針對本文的銑刀破損檢測方法開發(fā)了相應(yīng)的銑刀破損檢測軟件,該軟件具有數(shù)據(jù)采集、時域和頻域示波、特征值顯示、指令信息顯示、銑刀破損檢測和狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)保存、截圖等多種功能。
【圖文】：

本章主要基于振動傳感器進(jìn)行銑刀破損的檢測。首先，進(jìn)行試驗系統(tǒng)的設(shè)計，分析切削因素對振動信號的影響，然后對振動信號進(jìn)行時域和頻域特征、小波包能量特征、基于 VMD 模態(tài)特征的提取，并進(jìn)行特征融合，采用基于隨機(jī)森林的特征選擇方法對特征進(jìn)行選擇，最終采用支持向量機(jī)模型和集成學(xué)習(xí)模型進(jìn)行訓(xùn)練和銑刀破損的識別，并對比了兩種模型的性能。3.1 試驗系統(tǒng)設(shè)計基于振動傳感器的試驗系統(tǒng)如圖 3-1 所示，主要包括數(shù)控機(jī)床主體、工件、銑刀、3 向振動（加速度）傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、PC 機(jī)等。數(shù)控機(jī)床主軸帶動銑刀旋轉(zhuǎn)，工作臺帶動工件進(jìn)行 X 向的進(jìn)給運動，往返地進(jìn)行順銑和逆銑加工。振動加速度傳感器安裝在主軸外殼的下端一側(cè)，傳感器的 X、Y、Z 向分別對應(yīng)于機(jī)床的 Z、Y、X向，獲取切削過程中地主軸振動信號，通過數(shù)據(jù)采集卡將信號傳入 PC 機(jī)，并在 PC機(jī)上對信號進(jìn)行實時的顯示和檢測。

實驗所用的正常銑刀和破損銑刀各一把，如圖 3-2 所示，刀在大切削參數(shù)下加工獲得的，破損的尺寸約為 1mm，屬于損后可以繼續(xù)進(jìn)行短時間的銑削加工。正常銑刀破損銑刀圖 3-2 正常和破損銑刀YTRAN3263A2 型號的3向振動加速度傳感器，其標(biāo)定值為 頻率范圍為 0-10kHz ，傳感器如圖 3-3 所示。采用 NI USB-采集卡進(jìn)行采集數(shù)據(jù)，，采樣頻率的范圍為 0-50kHz，采集卡如圖
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TG714;TG115.28;TP212

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本文編號：2686558