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            自由曲面數控加工中過切的小波分析

            2017年06月24日 09:08  來源:中國數控機床網  人氣:3579

              模具在制造中大量使用數控機床和加工中心等設備,制造周期較長,操作人員極易疲勞故障一旦發生,從人的感知到采取相應的措施常常需要數秒的時間,這將有可能導致產品報廢,造成嚴重的經濟損失對于一般零件加工中的刀具破損及加工故障診斷等國內外多有研究報道,大多集中在聲發射、切削力或振動監控等方面,并已取得很大進展但是對于加工復雜模具等具有自由曲面特征的工件,還缺乏有效的監控技術,究其原因在于過切信號難于識另a為給實時監控提供有效的手段,本文采用當前信號處理十分有力的工具一一小波分析,對原始信號的不同時段和頻段進行“聚焦式”掃描,以將過切信號從時-頻空間準確提取出來1小波分析概念小波分析是傅立葉分析的發展,它是采用一個許樹新等:自由曲面數控加工中過切的小波分析彈性的小波基函數kb(t)作為積分變換函數,對不同的頻率,依據尺度參數a的伸縮來實現分析檢測高頻特性時(a減小),時間窗口自動變窄,頻率窗口自動變寬;分析檢測低頻特性時(a增大),時間窗口自動變寬,頻率窗口自動變窄,實現了時-頻窗口的自適應變化對不同的時段,可將基函數沿時間軸滑動,從而可以分析信號在任意時段的任意細節。

              2自由曲面加工中過切信號小波分析原理在數控加工中,刀具端面與工件曲面發生相交稱為過切,它屬于非正常切削當工件自由曲面發生過切時,由于切削力突然發生變化,導致切削功率發生變化,相應地驅動刀具工作的電機電流也將發生變化因此,監測電機電流隨切削力的變化情況可間接監測刀具狀態從主軸電機提取電流信號,最簡單的方法是串聯電阻進行I/U轉換,以電壓形式輸出,但電阻的加入使得電機本身的負載特性發生變化,降低了測量的精度。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,無疑增加了測量系統的復雜性鑒于此,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直流電源,它在霍爾元件內部產生一個磁場電機電流輸入端連接到傳感器上時,其輸出端便有電流產生,它在霍爾元件的內部即產生一個平衡的磁場,如電機電流發生變化,平衡的磁場即遭到破壞,欲達到新的平衡,輸出端電流必須作相應的改變由于霍爾元件輸入-輸出間具有良好的線性關系,因此,其輸出信號的波動可間接反映電機電流的變化情況設輸出的信號為f(t),則f(t)的連續小波變換可定義為f(t)與,)(的內積的多分辨逼近,相應的尺度函數1,故V/空間的基函數也應位于V/+i空間中,因此可以用V/+i空間的規范正交基來表示1和2‘的逼近分別是它在V/+i和V/的正交投影,根據投影定理,分辨率為2’的細節信號應該是原始信號在V/關于V+1的正交補空間上的正交投影,設此正交補空間為W/,即故W/空間的基函數2/(x-2/n)也應位于V/+i空間中,因此也可以用V+1空間的規范正交基式(5)來表示如信號/(t)GV+ 1,則上式表明,f(t)的離散逼近Af可以從高一級離散逼近Ad+i/通過濾波器抽采得到,f(t)的細節信號D/f也可以從高一級離散逼近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h(t)和小波函數⑴的內積來定義的若原始信號A0f有N個采樣,只要給出所謂a,b(t)-一小波基函數,當a>1時(t)的波形伸展,當a<1時(t)波形壓縮參數a的伸縮和參數b的平移如連續取值,稱為連續小波變換實際應用中對其進行二進離散,即取a=試驗是在TRIACATC立式加工中心上進行波的過切主要在曲面的搭接處或刀具轉彎過程中容稱為二進小波變換。

              對9于計算機采樣獲得的數字信號,其二進小過切示意。刀具2工件易發生,為了簡化試驗過程同時又兼顧過切的基本特征,本文進行了如所示的過切模擬試驗,采樣頻率均為1kHz3.1過切試驗試驗條件如下:銑刀直徑為8mm,切削深度為1mm,主軸轉速為n=500r/min,進給速度為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。實測信號如中S所示過切信號及小波分解從可以看到時域信號較為復雜,沒有明顯的過切特征,如從頻域上觀察,由于沒有時域的定位作用從而達不到實時監控的目的。因此,對原始實測信號進行小波分解,變換結果列于從變換結果可以看出,過切發生時,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際監控中,可在該尺度上設定一個閾值,即可識別切削狀態,而且其過切點在小波變換圖中時-頻雙向均被精確定位,從而便于實時監控3.2過切試驗二試驗條件:銑刀直徑為10mm,切削深度往= 0.5mm,主軸轉速n=500r/min,進給速度v=150mm/min,過切深度Q1mm,工件材料為A潮,刀具材料為高速鋼實測信號及其小波分解見從圖中可以看出過切點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出來4結束語小波變換為信號的時-頻局部化提供了數學基礎采用小波分析方法,可以同時從時域和頻域對信號進行分析,并對感興趣的點進行精確時-頻定位在工件自由曲面數控加工中,過切為常見的故障形式,其切入點含有較豐富的頻率信息,但僅從時域觀察很難得出過切的相關信息小波分析能在不同時,段上觀察信號,并能準確提取頻率突變點的各種信息本文的研究表明,在時,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,小波系數值明顯突出從而能有效地實時識別刀具切削狀態,為實現刀具狀態監控奠定了基礎

            (完)

             
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