本文關(guān)鍵詞：金剛石刀具研磨聲發(fā)射信號的處理表征與實(shí)驗(yàn)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：高質(zhì)量金剛石刀具是開展超精密加工技術(shù)研究的重要工具,國防高新技術(shù)領(lǐng)域中許多關(guān)鍵元器件的高精度制造都與其密切相關(guān)。然而,國產(chǎn)金剛石刀具的綜合質(zhì)量不高,進(jìn)口高質(zhì)量金剛石刀具的成本高、供應(yīng)周期長,客觀上都對我國相關(guān)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形成了制約。機(jī)械式研磨是獲得高質(zhì)量金剛石刀具的重要方法。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)表明:研磨產(chǎn)生的聲發(fā)射信號對于刀具研磨面晶向和刀具刃口破損狀態(tài)非常敏感,是研磨操作重要的輔助手段之一。但隱含在聲發(fā)射信號中的敏感信息無法通過常規(guī)的信號處理方法進(jìn)行有效提取和量化,實(shí)際的研磨操作仍然普遍采用“人工監(jiān)聽”方式,不僅研磨加工效率低,刀具研磨質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性也無法得到有效保障。因此,深入研究金剛石刀具研磨聲發(fā)射信號的特征規(guī)律,對于提升金剛石刀具研磨過程的自動化水平、提高國產(chǎn)金剛石刀具的制造質(zhì)量以及推動我國高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展都有極其重要的意義。本論文從研磨面晶向以及刃口破損的實(shí)時(shí)監(jiān)測這兩個(gè)工藝需求出發(fā),對金剛石刀具研磨中聲發(fā)射信號的分析處理以及應(yīng)用方法開展了針對性的研究工作。首先,開展了金剛石刀具研磨聲發(fā)射信號激勵傳輸與接收機(jī)制的研究,以泊松過程理論為基礎(chǔ)建立了聲發(fā)射信號激勵過程的統(tǒng)計(jì)分析模型,闡明了聲發(fā)射信號具有非高斯性特征的物理機(jī)制,以線性時(shí)不變系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)分析了聲發(fā)射信號的傳輸和接收過程,闡明了信號的傳輸和接收不改變非高斯性特征的原因,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這種非高斯性特征的普遍性,確定了聲發(fā)射信號的敏感頻段,為聲發(fā)射信號的準(zhǔn)備表征和合理應(yīng)用提供了指導(dǎo)和依據(jù);其次,開展了金剛石刀具研磨聲發(fā)射信號與研磨面晶向的映射關(guān)系研究,構(gòu)造了多維特征參數(shù)向量,其分量包括了反映信號能量水平的低階統(tǒng)計(jì)參數(shù)(如均值、方差、均方根)和反映信號非高斯性特征的高階統(tǒng)計(jì)參數(shù)(如偏度、峰度),分析了特征參數(shù)向量的各個(gè)分量隨研磨面晶向的變化規(guī)律,發(fā)現(xiàn)特征參數(shù)向量所存在的、與研磨面晶向一致的圓周對稱性特征,并研究了特征參數(shù)向量在研磨速度和研磨壓力等因素影響下的變化規(guī)律,利用自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(SOM)方法對信號樣本在多維參數(shù)空間中進(jìn)行聚類分析,改進(jìn)了聚類分析結(jié)果的顯示方法,從而能夠以定量化的聲發(fā)射信號監(jiān)測手段輔助實(shí)時(shí)辨別刀具研磨面(非)難磨方向,降低了聲發(fā)射信號人工監(jiān)聽的經(jīng)驗(yàn)成分和不確定性。第三,開展了金剛石刀具研磨聲發(fā)射信號特征與刃口破損的關(guān)聯(lián)度研究,采用分形維數(shù)定量描述刃口破損程度,對聲發(fā)射信號構(gòu)建了時(shí)間序列模型,采用基于高階累積量的方法在線遞推估計(jì)時(shí)序模型參數(shù),通過實(shí)驗(yàn)建立了刃口破損程度與時(shí)序模型參數(shù)之間定量化的關(guān)聯(lián)關(guān)系,掌握了研磨速度和研磨壓力對于時(shí)序模型參數(shù)的影響規(guī)律,從而能夠以定量化的監(jiān)測手段輔助實(shí)時(shí)判定刀具刃口破損程度,并能夠減少停機(jī)檢查和重復(fù)對刀次數(shù)及其對刀具刃口造成的二次損傷。最后,開展了金剛石刀具研磨聲發(fā)射信號監(jiān)測應(yīng)用方法研究,分析了金剛石刀具研磨平臺主軸系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)關(guān)系,驗(yàn)證了聲發(fā)射信號監(jiān)測輔助進(jìn)行研磨方向自動調(diào)節(jié)的方法,分析了研磨壓力對于刀具刃口質(zhì)量的作用機(jī)制,驗(yàn)證了聲發(fā)射信號監(jiān)測輔助進(jìn)行研磨壓力自動控制的方法,并結(jié)合開放式刀具研磨實(shí)驗(yàn)平臺的硬件構(gòu)成,完成了聲發(fā)射信號監(jiān)測系統(tǒng)的集成和部署,實(shí)現(xiàn)了研磨方向調(diào)節(jié)、研磨壓力控制的自動化操作,從而能夠減小金剛石刀具研磨加工中經(jīng)驗(yàn)因素的影響,提高金剛石刀具研磨質(zhì)量的穩(wěn)定性和一致性。
【關(guān)鍵詞】：金剛石刀具研磨 聲發(fā)射信號 非高斯性特征 研磨方向 刃口破損
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG580.68
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-15
• 第1章 緒論15-41
• 1.1 課題背景及研究的目的和意義15-16
• 1.2 金剛石晶體的材料特性16-19
• 1.3 金剛石材料的加工機(jī)理19-24
• 1.3.1 金剛石材料加工的起源19-20
• 1.3.2 微解理模型20-21
• 1.3.3 相變模型21-24
• 1.3.4 熱致磨損模型24
• 1.4 金剛石刀具的加工方法24-31
• 1.4.1 非機(jī)械式加工方法及其局限性24-27
• 1.4.2 機(jī)械式研磨方法及其局限性27-29
• 1.4.3 機(jī)械式研磨中聲發(fā)射監(jiān)測的必要性29-31
• 1.5 精密加工中的聲發(fā)射監(jiān)測技術(shù)31-37
• 1.5.1 聲發(fā)射監(jiān)測的特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢31-33
• 1.5.2 聲發(fā)射監(jiān)測在精密加工中的主要應(yīng)用33-34
• 1.5.3 聲發(fā)射監(jiān)測信號的表征方法34-37
• 1.6 金剛石刀具研磨聲發(fā)射信號監(jiān)測面臨的問題37-40
• 1.7 本課題的主要研究內(nèi)容40-41
• 第2章 聲發(fā)射信號的激勵傳輸和接收機(jī)制41-65
• 2.1 引言41
• 2.2 金剛石刀具研磨的聲學(xué)系統(tǒng)41-42
• 2.3 聲發(fā)射信號的激勵機(jī)制42-50
• 2.3.1 磨粒-研磨面的接觸特性42-44
• 2.3.2 磨粒-研磨面的接觸模型44-46
• 2.3.3 激勵過程的非高斯特性46-50
• 2.4 聲發(fā)射信號的傳輸機(jī)制50-54
• 2.4.1 傳輸介質(zhì)的振動特性50-51
• 2.4.2 傳輸過程的調(diào)制作用51-54
• 2.5 聲發(fā)射信號的接收機(jī)制54-55
• 2.6 聲發(fā)射信號的特征分析55-63
• 2.6.1 聲發(fā)射信號監(jiān)測系統(tǒng)55-56
• 2.6.2 聲發(fā)射信號的頻域特征56-59
• 2.6.3 聲發(fā)射信號的時(shí)域特征59-63
• 2.7 本章小結(jié)63-65
• 第3章 聲發(fā)射信號特征與研磨面晶向的映射關(guān)系研究65-90
• 3.1 引言65
• 3.2 金剛石耐磨性的晶向差異65-67
• 3.3 聲發(fā)射信號的特征參數(shù)向量67-69
• 3.3.1 特征參數(shù)向量的構(gòu)成67-68
• 3.3.2 特征參數(shù)向量的遞推計(jì)算68-69
• 3.4 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法69-71
• 3.5 特征參數(shù)向量與研磨面晶向的映射關(guān)系分析71-80
• 3.5.1 {100}晶面的映射關(guān)系分析71-75
• 3.5.2 {110}晶面的映射關(guān)系分析75-80
• 3.6 研磨加工參數(shù)對特征映射關(guān)系的影響80-84
• 3.6.1 研磨速度的影響80-82
• 3.6.2 研磨壓力的影響82-84
• 3.7 聲發(fā)射信號的聚類分析84-88
• 3.7.1 聚類分析的需求及方法84-85
• 3.7.2 聚類信息的可視化85-87
• 3.7.3 特征聚類的形成機(jī)制87-88
• 3.8 本章小結(jié)88-90
• 第4章 聲發(fā)射信號特征與刀具刃口破損的關(guān)聯(lián)度研究90-110
• 4.1 引言90
• 4.2 刃口破損的參數(shù)化描述90-94
• 4.2.1 分形維數(shù)的測評方法90-91
• 4.2.2 破損刀具刃口的分形維數(shù)91-94
• 4.3 聲發(fā)射信號的時(shí)序模型94-102
• 4.3.1 聲發(fā)射信號時(shí)序模型的建立94-95
• 4.3.2 聲發(fā)射信號的平穩(wěn)性檢驗(yàn)95-98
• 4.3.3 聲發(fā)射信號的平穩(wěn)化處理98-100
• 4.3.4 時(shí)序模型階次的估計(jì)100-101
• 4.3.5 時(shí)序模型參數(shù)的遞推計(jì)算101-102
• 4.4 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)方法102-104
• 4.5 時(shí)序模型參數(shù)與刃口破損的關(guān)聯(lián)度分析104-106
• 4.6 研磨加工參數(shù)對刃口破損的影響106-109
• 4.6.1 研磨速度的影響106-107
• 4.6.2 研磨壓力的影響107-109
• 4.7 本章小結(jié)109-110
• 第5章 金剛石刀具研磨中聲發(fā)射信號監(jiān)測的應(yīng)用研究110-130
• 5.1 引言110
• 5.2 研磨方向調(diào)節(jié)中聲發(fā)射信號監(jiān)測的應(yīng)用110-115
• 5.2.1 研磨方向的手動調(diào)節(jié)方法110-111
• 5.2.2 聲發(fā)射信號監(jiān)測輔助下的研磨方向調(diào)節(jié)方法111-114
• 5.2.3 聲發(fā)射信號監(jiān)測輔助下的研磨方向調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)114-115
• 5.3 研磨壓力控制中聲發(fā)射信號監(jiān)測的應(yīng)用115-126
• 5.3.1 聲發(fā)射信號監(jiān)測輔助下的研磨壓力控制方法115-118
• 5.3.2 研磨壓力控制中的高頻隔振118-119
• 5.3.3 研磨壓力控制中的低頻隨動控制119-122
• 5.3.4 研磨壓力控制中的基準(zhǔn)值整定122-123
• 5.3.5 聲發(fā)射信號監(jiān)測輔助下的研磨壓力控制實(shí)驗(yàn)123-126
• 5.4 聲發(fā)射信號監(jiān)測的硬件系統(tǒng)集成126-129
• 5.5 本章小結(jié)129-130
• 結(jié)論130-132
• 參考文獻(xiàn)132-142
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文142-145
• 致謝145-146
• 個(gè)人簡歷146

【共引文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 向道輝;秦強(qiáng);王艷鳳;劉海濤;楊廣賓;梁松;;碳纖維復(fù)合材料專用CVD金剛石涂層刀具的制備及試驗(yàn)研究[J];工具技術(shù);2015年05期

2 吳超;馬志斌;嚴(yán)壘;高攀;;CVD單晶金剛石的研究進(jìn)展[J];金剛石與磨料磨具工程;2014年01期

3 杜文浩;孫濤;王寶瑞;;金剛石刀具研磨聲發(fā)射信號的非高斯性特征分析[J];納米技術(shù)與精密工程;2015年03期

4 錢士才;孫宇昕;熊振華;;基于支持向量機(jī)的顫振在線智能檢測[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2015年20期

5 呂反修;黑立富;劉杰;宋建華;李成明;唐偉忠;陳廣超;;CVD金剛石大單晶外延生長及高技術(shù)應(yīng)用前景[J];熱處理;2013年05期

6 劉杰;黑立富;陳廣超;李成明;宋建華;唐偉忠;呂反修;;直噴式直流電弧等離子化學(xué)氣相沉積法金剛石單晶外延層制備研究[J];人工晶體學(xué)報(bào);2014年04期

7 嚴(yán)壘;馬志斌;曹為;吳超;高攀;張?zhí)锾?;高溫高壓金剛石襯底上的同質(zhì)外延生長研究[J];人工晶體學(xué)報(bào);2014年06期

8 向道輝;張玉龍;馬國峰;秦強(qiáng);張磊;;階梯型復(fù)合刀具CVD金剛石涂層制備工藝及應(yīng)用研究[J];人工晶體學(xué)報(bào);2015年09期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 陳英姝;高速數(shù)控車削加工復(fù)雜工況集成監(jiān)控方法及系統(tǒng)[D];河北工業(yè)大學(xué);2014年

2 黑立富;氣體循環(huán)直流旋轉(zhuǎn)電弧等離子體噴射法生長金剛石大單晶研究[D];北京科技大學(xué);2015年

  本文關(guān)鍵詞：金剛石刀具研磨聲發(fā)射信號的處理表征與實(shí)驗(yàn)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：274930