| cyqdesign | 2006-08-01 13:53 |
精密加工系統(tǒng)監(jiān)測技術(shù)研究本系統(tǒng)的目的是通過對精密加工系統(tǒng)中一些影響精密加工的因素的監(jiān)測，了解加工系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并為提高加工精度、深化對精密加工過程的認識而提供分析依據(jù)。 在精密加工中，車床的振動，主軸的位移、刀具溫度、刀具切削力、工件溫度對工件的加工精度影響較大，故本裝置主要監(jiān)測以上5個參數(shù)。圖1是系統(tǒng)原理圖。所監(jiān)測的非電參數(shù)信息通過不同的傳感器被檢測，然后經(jīng)信號的轉(zhuǎn)換和放大后送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)在線顯示。當前對刀具的溫度檢測和旋轉(zhuǎn)工件的溫度場的檢測并不十分理想，本系統(tǒng)對其進行一些探討。另外，該系統(tǒng)采用一種新型的刀具三向切削力檢測裝置。 1 系統(tǒng)構(gòu)成
1) 刀具溫度 對刀具溫度監(jiān)測的目的是了解刀具溫度與切削參數(shù)的關(guān)系。在切削過程中，刀尖淘度很高，較常用的刀具測溫方法是在刀具中埋入熱電偶的熱電偶法，但該方法由于熱電偶的埋入較困難，而且其精度受刀具材料、溫度和時間的影響較大。本裝置采于紅外探頭來監(jiān)測刀尖溫度，如圖2，在夾持刀具的刀架上引出一縱向支架，其上固定放置紅外探頭，使得探頭與刀具相對位置不變而同時移動。由于紅外測溫儀測量的溫度是其視場的平均溫度．根據(jù)紅外探頭的光學焦距圖，選擇適當測量的距離，可以測量其刀尖的溫度。使用該裝置能夠在線監(jiān)測切削過程中刀尖的溫度變化。
一般來說．固體的線性膨脹系數(shù)為10-6～10-8/K的數(shù)量級：因此機械加工過程中的溫度變化會帶來工件大的機械變形。旋轉(zhuǎn)工件的溫度采用紅外測溫儀測量。紅外測溫儀測量的溫度是平均溫度，如果檢測區(qū)域的比較小，可以認為是測量點所在截面的溫度。 在本裝置中采用快速移動傳感器的方法對其工件進行勻速掃描來實現(xiàn)溫度場的監(jiān)測。如圖3所示：將傳感頭安裝車床的第二刀架上，測量時，紅外傳感頭隨刀架勻速移動，其工件溫度信號經(jīng)運放后送入數(shù)據(jù)采集卡中。要獲得工件的溫度場，必須利用軟件來處理所采集到的溫度信號，根據(jù)工件的長度、刀架移動的速度，得出在一個掃描周期內(nèi)溫度的變化．建立一個坐標，將工件長度與溫度變化對應(yīng)起來，得出不同時刻掃描的溫度曲線。由于工件溫度變化不是很大，調(diào)整刀架移動速度，縮短周期時間，這樣可以近似認為工件不同處的溫度具有同一個時基，這樣就可以得到某一時刻(我們以開始掃描的時間為標準)工件的溫度分布曲線；每隔5 秒對車削工件進行一次再掃描就可以得到不同時刻的溫度曲線，這樣就得到了以5 秒時間間隙的工件各個位置的溫度，用計算機處理繪出該工件的溫度場。本方法測得的溫度場是二維的。
主軸軸向位移里利用渦流傳感器進行非接觸檢測。渦流檢測是以電磁慈應(yīng)原理為基礎(chǔ)的，其檢測響應(yīng)快。由于精密車床的主軸精度本身就比較高，故在選用渦流傳感器時應(yīng)選適當?shù)牧砍獭ＴO(shè)計探頭安裝支架，將探頭安裝于支架上，而后將支架固定在主軸端面前方，在安裝時．盡量讓探頭接近主軸端面，其距離大于主軸的最大位移。這樣使測量精度更高。隨著主軸位移重的變化，探頭和前置器組成的測量系統(tǒng)產(chǎn)生相應(yīng)的電量變化，將其變化輸出送入采集器，用軟件系統(tǒng)讀出主軸位移量。 4) 加工系統(tǒng)振動 振動使刀具和工件之間產(chǎn)生相對的位移和其它影響加工精度的效應(yīng)，精密加工中應(yīng)盡量減小振動．本系統(tǒng)中機床的振動利用壓電傳感器進行測量。精密機床的振動并不是很大，采用1g的加速度傳感器。為了測量機床上某點的三向振動，如圖4將方形磁座吸附在機床上．然后把三個小圓磁座吸附在方形磁座三個方向上，壓電傳感器固定在磁座上，該位置的振動信息經(jīng))長電傳感器轉(zhuǎn)換后接入電荷放大器，最后送入數(shù)據(jù)采集器。
切削力的實時檢測有利于優(yōu)化切削參數(shù)，為精密加工提供依據(jù)。采用壓電石英力傳感器來測量刀具三個方向的切削力。其原理是通過傳感器受力獲得信號，送入電荷放大器，經(jīng)放大后送入數(shù)據(jù)采集卡，由軟件系統(tǒng)讀出數(shù)據(jù)，實時顯示受力曲線和力值，刀具切削力的檢測其關(guān)鍵足設(shè)計特殊的測力儀刀體，如圖5是測力刀體結(jié)構(gòu)圖，使用時用材料試驗機將半環(huán)長槽拉開后，將壓電傳感器放進中．定位后慢慢去掉外力使傳感器夾緊。給以一定的預(yù)緊力后平圓長槽兩側(cè)面用蓋板采用電子束焊封裝，尾部引線孔用室溫固化硅橡膠密封。
1) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需求 a. 本系統(tǒng)是對加工系統(tǒng)的在線監(jiān)測，故其監(jiān)測時間長。 b. 監(jiān)測參數(shù)多，但各參數(shù)對采集率的要求并不一樣。 振動與主軸位移的數(shù)據(jù)采集率相對于刀具和工件溫度及切削力要高，但它們最好在同一個時基下進行采集，這徉才能保證分析數(shù)據(jù)時的同步性。 2) 數(shù)據(jù)采集方案 基于本系統(tǒng)采集特點，我們采用兩塊數(shù)據(jù)采集卡同時基進行采集，刀具、旋轉(zhuǎn)工件溫度、兩方向的切削力共用一個采集塊，三方向振動和主軸位移測量共用一個采集塊。該采集卡是PCI插槽，12位，4通道，最高采集率為100KsPs，其 采集的數(shù)據(jù)可以連續(xù)存盤，數(shù)據(jù)存儲方式是DMA方式，直接進入硬盤，這樣能夠滿足對加工系統(tǒng)的連續(xù)監(jiān)測。 4 數(shù)據(jù)處理及分析 1) 測量值的標定 各個測量參數(shù)的標定需進行不同的實驗來確定。這樣才能準確的測量該參數(shù)，尤其是利于紅外測溫儀對旋轉(zhuǎn)工件溫度的測量中，由于發(fā)射率受工件材料和環(huán)境影響很大，必須用實臉進行測量值的標定。 2) 測量值的分析 經(jīng)過測量得到了加工過程中各參數(shù)的測量值，對這些測量值的分析是監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計的主要目的。計算機分析軟件應(yīng)具備較強的數(shù)據(jù)處理與分析功能，主要是頻域和時域上分析，時域分析有波形跟蹤、一次徽分、一次積分、相關(guān)分析、波形倒向、波形相加、波形相減、波形相乘、數(shù)字濾波、矢量盈加，頻域分析有FFT幅度譜、FFT相位譜、功率譜、傳遞幅度譜、Chip-Z變換。 5 應(yīng)用 1) 優(yōu)化加工參數(shù) 在精密加工中，對工件加工精度的影響因素較多，包括刀具溫度、工件溫度、切削速度、切削深度、切削進給量等。通過實驗監(jiān)測得到切削速度、切削深度、進給量與刀具的切削力、刀具的溫度、工件的溫度場分布及振動的關(guān)系，可以深化認識，提高技術(shù)水平，最終使加工過程達到一個最優(yōu)化的狀態(tài)。 2) 故障診斷 精密加工機床有時會出現(xiàn)一些故障，過去一般只有在機器運行出現(xiàn)問題，或拆開后才知道機器中某部分發(fā)生了故障。通過本裝置的參數(shù)監(jiān)測和分析，可以對故障的危害進行早期理報、識別并最快地查找到故障產(chǎn)生的原因。對于機床的故障診斷，通過對機床正常加工狀態(tài)下長期的監(jiān)測，在獲取機械穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)、瞬態(tài)數(shù)據(jù)以及過程參數(shù)和運行工作狀態(tài)等信息的基礎(chǔ)上，通過信號分析數(shù)據(jù)處理從中提取機器特有的故障征兆及故障敏感參數(shù)等，經(jīng)過綜合分析判斷，確定故障原因，做出符合實際的診斷結(jié)論。另外對加工系統(tǒng)的實時監(jiān)測可保證機器運行狀態(tài)在設(shè)計的范圍內(nèi)，提供機械狀態(tài)的準確描述，并隨時報告運行狀態(tài)的變化悄況和惡化趨勢，雖然振動監(jiān)測系統(tǒng)不能制止故障發(fā)生，但能在故障還處于初期和局部范圍時就發(fā)現(xiàn)并報告它的存在。 6 結(jié)束語 以上介紹了精密加工系統(tǒng)綜合實時監(jiān)測系統(tǒng)的原理、組成及應(yīng)用．該裝置中刀具的溫度和旋轉(zhuǎn)工件的溫度監(jiān)測是一個難點，對于刀具的溫度，我們關(guān)心的是其溫度變化，通過間接方法基本上可以監(jiān)測其刀具溫度變化；而工件的很度是通過采用快速移動傳感器的方法對工件進行勻速掃描來實現(xiàn)溫度場的監(jiān)測，該方法能實時快速地測量工件的溫度場。 |
|
