基于软测量技术的刀具磨损在线检测系统研究

论文摘要

目前,柔性制造系统(FMS)和计算机集成制造系统(CIMS)正逐步成为大中型制造企业产品生产的主流,其中刀具磨损在线检测与控制是这些制造系统的关键技术之一,它对于提高生产效率和加工质量,降低生产成本,保证自动化和无人化的加工系统高效、可靠地运行具有极其重要的意义。本论文详细地阐述了自动化加工过程中的刀具磨损在线检测方法的现状与发展,总结了各种检测方法的特点,提出了基于软测量技术的刀具磨损在线检测的方法。此方法的基本思想是用电机主轴电流(二次变量)去估计刀具磨损量(主导变量)的值。利用虚拟仪器软件(LabVIEW)搭建电机主轴电流的检测系统,来分析和处理数据采集卡采集到的数据,实现电流信号的实时采集、处理和显示,从而间接地推测出刀具的磨损状态。由于采用霍尔电流传感器,此方法非常适合于机床这一种传动系统封闭、一般传感器安装比较困难的场合。本论文对机床电机主轴电流信号进行了详细的研究,分析了基于机床电机主轴电流的检测原理。利用多元线性回归分析的方法,建立了切削参数(主轴转速、进给速度、切削深度和刀具直径)与电流信号的软测量模型,通过该模型可以得到刀具磨损量与机床主电机电流信号的关系,从而可以实时地刀具磨损进行检测与控制。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 课题的目的和意义
• 1.3 国内外在刀具磨损在线检测方面的研究现状及发展趋势
• 1.3.1 研究方法分析
• 1.3.2 刀具在线检测的发展趋势
• 1.4 本论文主要内容安排
• 1.4.1 本课题研究的主要内容
• 1.4.2 本论文的技术路线
• 1.4.3 本论文的主要章节安排
• 第2章 软测量技术和虚拟仪器的集成在刀具在线检测中的应用
• 2.1 软测量技术简介
• 2.1.1 软测量技术产生背景
• 2.1.2 软测量技术简介
• 2.1.3 软测量模型的建立方法分析
• 2.1.4 建立软测量模型的步骤
• 2.1.5 软测量的结构
• 2.2 虚拟仪器简介
• 2.2.1 虚拟仪器的概念
• 2.2.2 虚拟仪器的性能特点
• 2.2.3 虚拟仪器的组成和功能
• 2.3 软测量技术与虚拟仪器的集成系统
• 2.3.1 软测量技术与虚拟仪器集成的可行性
• 2.3.2 基于软测量与虚拟仪器集成的刀具磨损在线检测系统简介
• 2.3.3 软测量技术与虚拟仪器集成系统的特点
• 第3章 刀具磨损在线检测原理分析
• 3.1 刀具磨损量的识别和磨损量的评价指标
• 3.1.1 刀具的磨损状态
• 3.1.2 刀具磨损状态的识别方法
• 3.1.3 铣刀磨损量的评价指标
• 3.2 刀具磨损机理分析
• 3.2.1 刀具损坏的形式和磨损过程
• 3.2.2 铣削过程中刀具磨损的特点
• 3.2.3 刀具磨损在加工中的影响
• 3.2.4 刀具磨损测量基准
• 3.3 主轴电机电流检测方法的研究
• 3.3.1 电机功率或电流监控刀具磨损的原理
• 3.3.2 铣刀磨损的软测量模型的建立
• 3.4 多元线性回归分析及其在主轴电机电流软测量模型中的应用
• 3.4.1 多元线性回归分析的原理
• 3.4.2 基于多元线性回归分析的主轴电机电流软测量模型
• 第4章 刀具磨损在线检测实验的总体设计和实现方式
• 4.1 系统开发方案的总体设计
• 4.1.1 系统硬件选择
• 4.1.2 系统软件选择
• 4.2 硬件系统实现方法
• 4.2.1 电流传感器
• 4.2.2 数据采集卡
• 4.2.3 数据采集卡设置
• 4.2.4 数据采集卡安装与驱动
• 4.3 软件系统实现方法
• 4.3.1 数据采集的基本实现方法
• 4.3.2 数据采集卡数据采集的实现
• 4.3.3 LabVIEW应用程序设计
• 第5章 刀具磨损在线检测的实验方案及结果
• 5.1 实验方案
• 5.1.1 实验技术路线
• 5.1.2 实验分组
• 5.2 试验结果
• 5.2.1 试验记录结果
• 5.2.2 试验结果分析
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文主要研究工作和结论总结
• 6.2 课题创新点
• 6.3 进一步研究的方向
• 致谢
• 参考文献
• 攻读学位期间的研究成果