工程陶瓷工件磨削过程对刀检测及进给量精确控制研究

论文摘要

随着我国磨削加工过程研究的进展,声发射技术在工程陶瓷材料磨削加工领域获得了普遍的关注,己成为现代制造系统用来监测磨削加工过程状态的一个重要的研究领域。为了提高磨削加工的效率,提高产品质量,对工程陶瓷工件磨削加工过程尤其是对砂轮初接触检测和对砂轮进给量的精确控制的研究是十分必要的。本文首先介绍了工程陶瓷加工方法发展研究状况,工程陶瓷材料磨削检测技术的应用现状,声发射技术发展研究现状,并对声发射技术在磨削加工中的研究状况进行了归纳,概述了声发射技术的基础理论。在此基础上,提出了工程陶瓷工件磨削过程对刀检测及进给量精确控制的研究思路。本文详细讨论了当前磨削加工过程中的对刀检测方法,说明了各种对刀检测方法在工程陶瓷材料磨削过程检测中的不足,在此基础上提出了利用声发射技术检测砂轮对刀的方法。通过对比各种进给工作台特性和进给量精确控制方法,对进给系统及其在磨床上的应用进行了方案论证和总体设计。为了消除进给过程中非线性工作特性下的各种干扰因素的影响,建立了系统的开环控制和闭环控制两种模型,研制了基于压电陶瓷驱动的闭环进给量控制系统,将参数自整定的模糊PID控制算法应用到砂轮的进给控制过程中,并在SIMULINK环境下进行了仿真,结果表明,系统有较高的精度和较快的响应速度。根据实验条件、成本和现有设备,研制了一种面向工程陶瓷加工的压电陶瓷驱动进给量控制系统,系统以MCS-51系列单片机作为核心处理器,采用精密的电感式测微仪做为位移反馈装置,进给机构采用压电陶瓷驱动。该系统采用模块化设计,分为驱动系统和检测系统两大模块,并给出了具体的软硬件实现,满足了实际的需要。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题来源及研究意义
• 1.2 相关技术发展及国内外研究现状
• 1.2.1 工程陶瓷加工方法研究状况
• 1.2.2 工程陶瓷材料磨削检测技术的应用
• 1.2.3 声发射检测技术
• 1.3 本文的研究目标和主要工作
• 1.4 本文的结构
• 2 工程陶瓷材料磨削过程 AE 检测方法研究
• 2.1 声发射信号的产生及其传播
• 2.1.1 声发射信号的产生
• 2.1.2 声发射波的传播
• 2.2 典型 AE 信号特征参数
• 2.2.1 AE 信号特征参数
• 2.2.2 特征参数选择
• 2.3 影响工程陶瓷磨削过程中 AE 信号强度的因素
• 2.3.1 外部因素
• 2.3.2 内部因素
• 2.4 AE 信号对刀检测的可行性分析
• 2.4.1 磨削过程对刀的常用方法的不足
• 2.4.2 AE 检测方法及其理论依据
• 2.5 AE 信号应用于对刀检测的实验依据
• 2.5.1 实验条件
• 2.5.2 实验结果分析
• 2.6 磨削接触过程 AE 信号噪声的剔除
• 2.6.1 AE 信号频谱分析
• 2.6.2 磨削接触过程噪声处理方法
• 2.7 本章小结
• 3 工程陶瓷磨削过程精确进给控制系统硬件设计
• 3.1 系统总体设计方案
• 3.2 AE 对刀检测机构
• 3.2.1 声发射传感器
• 3.2.2 AE 信号调理
• 3.3 进给执行机构
• 3.3.1 压电驱动器
• 3.3.2 位移电压数据测量
• 3.3.3 驱动电源
• 3.3.4 单片机与执行机构接口电路
• 3.4 进给位移量反馈机构
• 3.4.1 位移传感器的选型
• 3.4.2 单片机与反馈接口电路
• 3.4.3 砂轮进给位移-电压标定
• 3.5 本章小结
• 4 工程陶瓷磨削过程精确进给控制方法及仿真分析
• 4.1 模糊PID 控制算法的理论基础
• 4.1.1 PID 控制算法理论
• 4.1.2 模糊控制算法理论
• 4.1.3 模糊PID 控制器原理
• 4.2 模糊PID 控制器的设计
• 4.2.1 模糊PID 控制器的设计步骤
• 4.2.2 砂轮进给模糊PID 控制器的设计
• 4.3 磨削过程进给控制系统建模
• 4.3.1 压电陶瓷驱动器传递函数
• 4.3.2 砂轮支架传递函数
• 4.3.3 电压驱动传递函数
• 4.3.4 砂轮进给控制系统的开环传递函数
• 4.4 算法仿真及其结果分析
• 4.4.1 PID 控制器的系统仿真
• 4.4.2 模糊PID 控制器的系统仿真
• 4.5 本章小结
• 5 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文