数控机床加工过程监测实验方案设计与数据处理.
摘 要
机械加工过程中，机床及其工艺装备的任何故障都将严重影响机械产品的质量、生产效率，扰乱正常的生产计划和增加生产成本。因此，进行机械加工过程监测和优化加工，避免设备故障，尤其是提高数控机床利用率，对提高中国制造业具有重要的经济价值、社会效益和理论意义。
本文以数控机床为对象,开展了基于多传感器的数控机床加工过程状态监测方法的研究，通过对机床信号的实时监测，来实现对加工工艺参数的控制和对生产过程的监测与控制。论文论述了常用的信号处理方法，开展了加工状态的信号采集与特征提取方法的研究。在了解与分析过程监测和信号处理技术特点及应用的基础上，进行了加工过程监测实验方案的设计，包括信号采集、信号处理方法及采集系统的硬件和软件配置。通过采集和分析机床工作时的电流、电压、振动、声发射等信号，提取信号特征值，进而寻找信号的变化规律及趋势，为进一步优化工艺参数、提高生产效率、提高和预测工艺质量，避免机床故障等提供实时可靠的基础数据。配置的数控机床加工过程监测实验系统,通过传感器实时采集数控机床运行过程中的特征参数,对特征参数进行分析与处理,为有效进行数控机床运行状态识别奠定了基础，并可进一步开展数控工艺优化和质量预测。
关键词：加工监测、传感器技术、信号处理、刀具磨损、数据采集
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目 录
摘要………………………………………………………………………… 1
ABSTRACT…………………………………………………………………… 2
0 引言……………………………………………………………………… 4
1 绪论……………………………………………………………………… 4
1.1 加工过程监测的重要作用及其发展………………………………… 4
1.2 设备监测与诊断技术的研究概况…………………………………… 7
1.3 加工过程监测的目的及其主要内容………………………………… 8
1.4 机械加工系统的状态监测…………………………………………… 9
1.5 本文的研究目标和主要研究内容…………………………………… 11
2 信号处理方法研究……………………………………………………… 11
2.1 信号处理技术概述…………………………………………………… 11
2.2 统计分析……………………………………………………………… 13
2.3 谱分析………………………………………………………………… 14
2.4 小波分析……………………………………………………………… 15
2.5 本章小结……………………………………………………………… 18
3 加工状态的信号采集与特征提取方法研究…………………………… 18
3.1 加工过程中的主要信号类型………………………………………… 18
3.2 常用的信号传感器及其特点………………………………………… 21
3.3 加工信号的特征提取方法…………………………………………… 23
3.4 加工状态特征的归一化处理………………………………………… 25
3.5 本章小结……………………………………………………………… 25
4 加工过程监测方案的总体设计………………………………………… 26
4.1 系统总体设计………………………………………………………… 26
4.1.1 加工过程监测信号的选择………………………………………… 26
4.1.2 加工过程监测方法………………………………………………… 27
4.2 加工过程监测实验平台的配置……………………………………… 27
4.2.1 实验平台硬件配置………………………………………………… 27
4.2.2 实验平台软件配置………………………………………………… 32
4.3 加工过程监测实验方案设计………………………………………… 34
4.4 本章小结……………………………………………………………… 35
5 加工过程监测实验……………………………………………………… 35
5.1 基于主轴电流频率的加工状态测试实验…………………………… 35
5.2 基于瞬变电流的切削状态识别实验………………………………… 42
5.3 基于AE信号的刀具状态识别及表面粗糙度预测实验…………… 45
6 全文总结………………………………………………………………… 47
参考文献…………………………………………………………………… 49
致谢………………………………………………………………………… 51
附录………………………………………………………………………… 52
译文………………………………………………………………………… 54
原文说明…………………………………………………………………… 62
