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主动化加工中刀具破坏监控体系的研讨

宣布日期:2017-05-06 09:41    阅读次数:次

作者:杨大勇 王信义 徐春广
摘 要 目标 处置主动化加工进程中刀具破坏监控适用性差和靠得住性低的题目.体例根据刀具破坏的声发射旌旗灯号特点,操纵硬件电路完成双阈值辨别法,并接纳特别的抗搅扰办法和对一般加工进程无任何影响的装置计划.成果 研制了响应的及时监控体系,阐述了其任务道理及布局.论断 经尝试证实,该体系具备较高的适用性和抗搅扰性.
关头词 声发射;监控;传感器
最近几年来,因为产业主动化的飞速成长,对产业出产进程的及时在线监测请求愈来愈高.同时,对FMS,CIMS等严峻高贵装备的毛病在线监测和出产品质的及时监测及节制的请求加倍火急.今朝,对刀具切削状况停止监测的浩繁体例中,声发射(AE)体例能延续监督刀具毁伤的全进程,它避开了出产进程中振动和音频噪声净化严峻的低频区,并且几近不受资料的限定.可是,今朝国际外大多操纵打仗型声发射传感器[1,2],不只操纵不便利,且轻易遭到工况情况的搅扰;国际外学者操纵了恍惚形式辨认及野生神经收集等进步前辈的手艺和算法,进步了检出率,但降落了及时性,并使体系庞杂、靠得住性降落.
作者研讨了一种合适主动化加工进程在线监测刀具破坏的智能化声发射传感监控体系,它把传感器、前置缩小器、旌旗灯号处置体系、节制体系集成为一体,且体积小、布局松散,可间接装置在机床主轴中间,操纵简洁、装置便利、活络度高且抗搅扰才能强.
1 监控体系的道理及布局
金属或非金属资料在断裂或裂纹扩大时会呈现单个或多个突发的声发射旌旗灯号,这些声发射旌旗灯号频次大于100 kHz,比一般切削的AE旌旗灯号大4~5倍,延续时候为0.2~1.0 ms,是以只需能辨别声发射旌旗灯号的频次、幅值和延续时候,便可辨认刀具破坏旌旗灯号.因为刀具破坏声发射旌旗灯号频次高,以是只要接纳高速旌旗灯号收罗器才能提取到原始声发射旌旗灯号,若对其包络旌旗灯号停止收罗处置则可降落对后续辨认处置电路的请求.旌旗灯号辨认道理如图1所示.经由进程对检波旌旗灯号停止幅值辨别来辨认AE旌旗灯号的巨细,而后再经由进程辨别脉宽辨认AE旌旗灯号延续时候的是非,即接纳幅值和脉宽的双阈值辨别法便可辨认刀具破坏的声发射旌旗灯号.接纳双阈值判定,是因为仅用幅值阈值判定,经常会有一些非刀具破坏的搅扰脉冲旌旗灯号形成误报警,尝试标明刀具破坏AE旌旗灯号延续时候比搅扰脉冲长,是以只要跨越幅值阈值且延续时候为0.2 ms以上的AE旌旗灯号才判定为刀具破坏.

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监控仪不接纳传统的打仗式AE传感器,而是操纵作者研制的流体通报旌旗灯号的新型AE传感器(集成在监控仪内),监控仪装置表示图见图2.操纵时把它装置在机床原本的光滑冷却液管道装置处,刀具破坏时,AE旌旗灯号经由进程光滑冷却液,以与光滑冷却液活动标的目的相反
的标的目的通报到监控仪.对AE旌旗灯号来讲,这些液体是杰出的媒质.传布频次规模大,从几Hz到几十MHz,并且因为液体中只能传布纵波,以是旌旗灯号传布进程中的干与丧失小,旌旗灯号失真小,在必然的边境前提下,还能够保证随传布间隔变更旌旗灯号的衰减较小[3,4].这为操纵流体作为声发射旌旗灯号的传布媒体供给了保证.因为这类装置体例旌旗灯号通报旅程短,通报途径中无别的打仗面,因此活络度高、抗搅扰才能强.因为监控仪内接纳了特别的消弭振动和乐音的自顺应滤波器,以是虽然仪器装置在振动噪声影响很大的机床主轴四周也不会形成误报警.监控体系框图如图3所示.

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从主轴传来的振动、噪声等搅扰旌旗灯号首要是经由进程传感器壳体传入的,本体系接纳的特别自顺应滤波器,能够把来自壳体的各类搅扰旌旗灯号滤去,而保留从流体介质传来的刀具破坏AE旌旗灯号.经自顺应滤波后的旌旗灯号进入高通滤波器(停止频次100 kHz),颠末高通滤波后的AE旌旗灯号有必然的衰减,经再次缩小后进入检波器,检波后的AE旌旗灯号进入比拟器停止波形辨别.起首对AE旌旗灯号的包络停止幅值比拟,当其到达事后设定的幅值阈值时,比拟器1触发翻转,起头输入旌旗灯号,接着进入脉宽比拟,即旌旗灯号进入积分器起头停止积分,积分器依上面的计较式任务:

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式中 Uo(t)为积分器的输入;K为由电路参数肯定的常数;Ui(t)为积分器的输入,即比拟器1的输入;Uo(0)为起头积分时辰积分器的输入,由电路参数调剂为0.
比拟器1的翻转旌旗灯号堆集必然的时候,积分器的输入高于事后设定的脉宽阈值时,比拟器2触发翻转(当积分器输入低于脉宽阈值时,以为是打击搅扰).由比拟器2输入旌旗灯号触发报警电路,给出机床停机旌旗灯号.如许的监测处置体例完整由硬件电路及时完成,是一种较好的监测刀具破坏的适用体例.
3 刀具破坏监控体系的布局
监控仪布局如图4所示,它是由传感腔和电子电路腔构成.传感腔由传感元件领受旌旗灯号.电子电路腔包含电源模块、前置处置模块、后置处置模块、节制模块4局部.它们除完成上述的声发射监测处置外,报警后还能够给出机床的节制旌旗灯号使机床停机.同时以声光报警提醒用户,并给出继电器报警输入接口供用户选用.传感腔、电子电路腔及电子电路腔内各电路板都接纳模块化设想,它们之间接纳接插式毗连,便于保护改换.因为产业电磁的噪声使监控仪任务情况比拟卑劣,对监控仪停止了抗搅扰设想.同时根据电磁兼容设想道理接纳了一点接地、壳体屏障布局.经电钻、机床的启停等电磁和电源搅扰尝试,证实接纳的一系列办法是有用的.

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4 实 验
在CA6140通俗车床上停止了钻头破坏尝试,直
接操纵机床上的冷却光滑液体系,监控仪串接在冷却光滑液挠性管的根部,冷却光滑液为20#机油.以差别直径(0.5~2.1 mm)的高速钢麻花钻头和差别的切削参数(切削速率:400~1 400 r/min,进给量:0.028~0.036 mm/r)钻削45#钢和硬铝,尝试停止了56次,胜利率为
98%.
在RE3020加工中间上停止了高速钢麻花钻头破坏尝试,任务资料为45#钢,冷却光滑液为20#机油.尝试成果见表1.

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在尝试进程中,报酬敲击传感器壳体和加工中间主轴,和加工中间启停、变速等都不引发误报,证实了该仪器具备较强的抗搅扰才能.
本智能监控仪首要操纵于刀具破坏的在线及时主动监控,也可操纵于别的的金属和非金属静态裂纹监测.

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