数控机床切削加工机理研究及测试分析系统开发

摘要

随着第四次工业革命浪潮的到来，受益于我国汽车、航空航天、船舶设备、电力设备、工业机械的快速发展，机床作为“工业之母”发展迅猛。其中作为机械加工主流设备的数控机床更是占据了高额的市场占有率。然而随着社会对数控机床高速、高效、精密、智能、复合、绿色、多轴联动、网络通信等性能要求的提出，为确保数控机床能更好地解决复杂、精密、多品种零件的加工问题同时保障工件加工质量，对数控机床加工过程机床切削状态的研究测试就显得愈发重要。基于上述需要本文研发设计了一套基于虚拟仪器的数控机床切削加工机理研究及测试分析系统，具体工作内容如下： 首先在查阅大量国内外文献的基础上论述了现代机床测试主要监测内容及测试方法，并选定切削温度与切削力作为本课题数控机床切削加工测试及分析系统主要监测对象； 其次阐述了本课题测试分析系统相关机床测试理论。并以切削力与切削温度机床切削研究及测试分析虚拟仪器系统为开发目标，对切削加工测试系统硬件系统进行了设计并论述了各硬件部分工作原理。在切削力测试方面，基于 PCB 260A01压电传感器开发设计了直流耦合参比电路，以完成本课题对切削加工测试系统切削力静态分量与动态分量的测试、测量要求；自然热电偶部分使用水银滑环的方式完成温度信号从转动部件至采集设备的传输，改进了传统自然热电偶组装方式中水银槽、电刷等温度信号传递方式的不足；另外将红外热成像仪测温技术引入机床切削加工研究及测试分析系统，对红外测温技术在机床切削加工监测过程的应用做出了初步探索； 再次，结合现有硬件系统基础及测试系统需求开发了切削加工实验软件系统，主要包括：数据采集、数据处理、实验三个模块。软件模块主要实现仪器的初始化，数据采集、显示、储存、查询、读取、生成与打印报表功能。同时基于数据采集模块开发设计了切削加工实验压电测力仪标定实验模块、自然热电偶标定实验模块、刀片发射率标定实验模块、切削力经验公式标定模块、切削温度经验公式标定模块等； 最后，进行标定实验及正交切削实验完成了压电测力仪、自然热电偶、红外热像仪的标定。并结合切削过程各切削用量的变化对切削加工实验数据进行分析，得到了正交切削实验切削力、切削温度随切削用量的变化规律。同时得出各因素对切削力、切削温度影响的显著程度及分析，以对实际生产加工过程刀具切削用量大小的优化、刀具磨损的降低及刀具的优化设计研究等做出贡献。

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