叶轮加工过程中铣刀破损在线监测方法研究

摘要

随着航空发动机、压缩机等大型精密机械装置日益向高负荷、高效率和高可靠性方向发展，对叶轮质量的加工要求越来越高。然而由于叶轮加工工艺复杂、铣削工况多变，加工过程中的铣刀极易发生破损，致使产品质量下降甚至成为废品，降低加工效率增大加工成本，因此实现刀具状态的在线监测对于提高叶轮的加工质量、生产效率具有重要的现实意义。
　　本研究主要内容包括：⑴在CMV-850A立式加工中心利用三刃球头铣刀进行铣削加工实验，同时采集刀柄径向位移电涡流信号和铣削力信号，通过曲线拟合的方法验证铣削力与刀柄摆动电涡流位移信号之间存在的线性关系；采集机床主轴端部的X、Y方向的加速度信号，并对其进行二次频域积分作为监测信号，对监测信号与电涡流信号进行波形相似度分析，发现监测信号与电涡流信号间存在显著的线性对应关系，利用积分位移信号用作监测信号进行刀具状态监测，解决了力传感器与电涡流传感器安装不便的问题。⑵利用时域同步平均法计算监测信号的一阶、二阶累积量，铣刀破损后累积量波形幅值增加，结合时域指标方差、偏斜度、峭度、绝对均值、有效值定量刻画累积量波形识别铣刀状态,同时利用小波包分解进行特征频段的选取，优化监测结果；频域方面，结合频谱结构对铣刀状态进行分析，通过构造频域特征量对频谱结构进行描述，依据特征量值变化间接实现铣刀状态的识别；为降低工况变化带来的影响，对二阶累积量建立AR系统模型，基于AR模型构造的距离函数同时对开槽、正面加工以及反面加工进行铣刀状态模式识别。⑶基于Labview编程软件结合NI9234采集卡搭建了铣刀破损在线监测系统，监测系统主要由数据采集模块以及数据分析模块两部分组成，可基于特征值阈值以及模式识别进行自动预警，实现了铣刀状态的在线监测。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 刀具破损形式

1.3 本课题国内外研究现状

1.4 论文的研究内容与结构安排

2 铣削力与刀柄振动位移映射关系研究

2.1 铣削实验设计

2.2 铣削力与电涡流信号映射关系分析

2.3 加速度信号频域积分

2.4 本章小结

3 铣刀破损特征提取方法研究

3.1 三元叶轮加工实验介绍

3.2 崩刃铣刀信号波形特征分析

3.3 基于时域同步平均累积量的特征提取方法研究

3.4 基于小波包特征频段信号的铣刀破损状态识别

3.5 基于频域特征值的铣刀破损状态识别

3.6 本章小结

4 基于AR模型距离函数的铣刀破损状态识别

4.1 AR模型理论介绍

4.2 Euclide距离

4.3 残差偏移距离方法验证

4.4 Mann距离方法验证

4.5 本章小结

5 铣刀破损在线监测系统开发

5.2 NI9324采集卡介绍

5.3 系统程序介绍

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢