基于CompactRIO的機(jī)床加工狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研制.pdf

1、數(shù)控機(jī)床作為機(jī)械加工領(lǐng)域最重要的生產(chǎn)設(shè)備，支撐著國(guó)家制造產(chǎn)業(yè)。隨著制造業(yè)近年來(lái)智能化的發(fā)展方向，數(shù)控機(jī)床的智能化也成為趨勢(shì)。機(jī)床的狀態(tài)監(jiān)測(cè)作為其智能化的基礎(chǔ)，是保證機(jī)床加工質(zhì)量、管理機(jī)床健康狀態(tài)等的手段。因此，建立通過(guò)多種傳感器感知機(jī)床工作狀態(tài)的在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有其必要性和意義。
　　本文通過(guò)將CompactRIO硬件平臺(tái)及噪聲、加速度、溫度傳感器等硬件設(shè)備進(jìn)行集成，設(shè)計(jì)一套監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)硬件，并在此基礎(chǔ)上，基于LabVIEW編程環(huán)

2、境搭建了多層次、高效率的軟件，使整套系統(tǒng)具有多類(lèi)信號(hào)采集、處理、分析、存儲(chǔ)、傳輸?shù)墓δ?。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)銑削加工過(guò)程監(jiān)測(cè)的有效性，并探究了各傳感信號(hào)與加工參數(shù)的關(guān)系。在試驗(yàn)基礎(chǔ)上，建立工件表面粗糙度與振動(dòng)信號(hào)強(qiáng)度關(guān)系模型，驗(yàn)證其有效性，并應(yīng)用其完成系統(tǒng)在線粗糙度報(bào)警機(jī)制。具體研究?jī)?nèi)容如下：
　　首先，建立了一套多傳感集成化的監(jiān)測(cè)采集硬件平臺(tái)。針對(duì)機(jī)床狀態(tài)監(jiān)測(cè)的要求，明確了監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)的功能及對(duì)象，確定機(jī)床主軸振動(dòng)特性、

3、主軸溫度特性及噪聲特性為監(jiān)測(cè)物理量。對(duì)比針對(duì)這三種物理量的傳感器原理、性能、安裝條件具體情況，選定系統(tǒng)傳感器。結(jié)合采集現(xiàn)場(chǎng)、傳感器及功能需求，對(duì)比選擇了NI CompactRIO平臺(tái)作為采集系統(tǒng)硬件核心。對(duì)該平臺(tái)及采集卡、電源、傳感器線材等其他附件進(jìn)行整合封裝設(shè)計(jì)，形成一套集成化的采集系統(tǒng)硬件平臺(tái)。
　　其次，根據(jù)監(jiān)測(cè)需求與硬件條件，開(kāi)發(fā)了監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)軟件。在LabVIEW編程環(huán)境下，根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行FPGA—Real-Time—

4、上位機(jī)三個(gè)層次進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)。FPGA程序?qū)崿F(xiàn)了兩個(gè)順序結(jié)構(gòu)分別與采集卡交互實(shí)現(xiàn)振動(dòng)、噪聲信號(hào)與熱電偶信號(hào)采集；Real-Time程序通過(guò)多生產(chǎn)者、多消費(fèi)者結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)并行的處理、分析、存儲(chǔ)、上傳等功能；上位機(jī)程序通過(guò)TCP-IP協(xié)議接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行信息顯示。
　　然后采用監(jiān)測(cè)采集系統(tǒng)進(jìn)行了薄壁結(jié)構(gòu)側(cè)銑過(guò)程試驗(yàn)研究。通過(guò)試切削比較了振動(dòng)、噪聲信號(hào)的時(shí)域波形與工件表面質(zhì)量情況，并獲得加工過(guò)程主軸溫度情況。以振動(dòng)與噪聲信號(hào)有效值與極值

5、作為判斷強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)控制變量試驗(yàn)，研究了振動(dòng)、噪聲信號(hào)強(qiáng)度與主軸轉(zhuǎn)速、徑向切深、進(jìn)給速率等加工參數(shù)的關(guān)系。并比較分析了振動(dòng)信號(hào)與噪聲信號(hào)時(shí)域、頻域關(guān)系及形成原因。
　　最后，針對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)加工表面形貌控制要求，研究了振動(dòng)強(qiáng)度與表面粗糙度的關(guān)系模型。分析銑削加工表面粗糙度成因與成分后，重點(diǎn)研究振動(dòng)強(qiáng)度與表面粗糙度關(guān)系。進(jìn)行切削試驗(yàn)獲取對(duì)應(yīng)的兩者數(shù)據(jù)，構(gòu)建兩者間回歸方程并帶入數(shù)據(jù)，得到模型關(guān)系。分別使用回歸方程顯著性驗(yàn)證與殘差正態(tài)概率