数控加工过程监控与工艺优化方法研究与系统开发

摘要

本课题的研究目标是，通过对机床信号的实时监测，来实现对加工工艺参数的控制和对生产过程的监测与控制。论文研究了机械加工过程监控和工艺优化方法，建立了监测与工艺数据的相互关系和特征映射模型，提出了基于人工免疫理论和神经网络的加工过程在线监控和工艺优化方法，研制了机床加工过程在线监控与工艺优化系统，包括：数据采集模块、信号分析模块、监测模块和切削参数优化模块。　　在信号分析模块中，采用了小波分析等多种信号处理方法，提取DAQ模块提供的传感器特征信息。如振动加速度信号，采用功率谱频域分析和方差时域分析，为监测模块提供了表征相关加工状态的特征值。　　监控模块中，将反向选择算法(NSA)与遗传算法中的克隆进化相结合，有效地对实时采集信息进行模式识别，及时发现生产不稳定因素并采取相应的措施。　　在工艺优化模块中，采用了人工神经网络(ANN)来对加工过程中的工艺参数等提供建议。神经网络用于实现切削参数(加工手册推荐的和神经网络学习的)的不断学习，以满足每次加工的需要。通过学习得到的切削用量如果更好，则通过替代算法代替原有的样本。　　以基于Matlab6.5和虚拟仪器-LabVIEW环境编制了研发的加工过程监控与工艺优化系统又在普通车床和数控车床上进行了试验，取得了预期的效果。

目录

文摘

英文文摘

东化大学学位论文原创性声明及版权使用授权书

第一章绪论

1.1过程监控与故障诊断在机械制造中的重要地位

1.2加工过程监控与故障诊断的研究进展

1.3本文的研究目标、主要研究内容及章节安排

第二章信号与工艺特征识别方法的研究

2.1信号处理技术

2.2灰色理论

2.3神经网络

2.3.1神经网络概论

2.3.2推理模型

2.4免疫系统

2.4.1免疫反向选择算法

2.4.2免疫优化算法

2.5 ARMA自回归理论

2.6本章小结

第三章加工过程监控与工艺优化系统总体设计

3.1加工过程监控与工艺优化系统的基本组成

3.2监测信号及其传感器的配置

3.2.1加工过程监测信号

3.2.2传感器及其监测系统配置

3.2.3加工过程监测方法

3.3监测信号处理与工艺优化方法

3.3.1监测信号处理方法

3.3.2加工状态预测方法

3.3.3加工工艺优化及其模型参数的优化方法

3.4加工过程监控与工艺优化系统的软件平台选择

3.4.1 LabVIEW工具应用

3.4.2 MATLAB工具应用

3.4.3 Matlab6.5环境与LabVIEW编程环境的接口

3.5总结

第四章加工过程监控信号的获取与处理方法研究

4.1加工状态信号及其采集方法研究

4.1.1加工过程中的相关信号研究

4.1.2信号采集与传感器的配置研究

4.2信号分析方法

4.3加工状态信号特征的提取

4.3.1提取信号特征的基本原则

4.3.2特征信息的提取方法

4.4加工状态特征的归一化处理

4.5小结

第五章工艺数据库的设计

5.1基于加工过程优化的工艺数据库的基本组成

5.1.1加工工艺参数

5.1.2传感器监测域

5.1.3加工目标域

5.1.4可信度

5.2加工工艺数据库的生成

5.3加工工艺数据库的使用

5.4本章小结

第六章加工过程监控和工艺优化系统的研制

6.1加工过程监控与工艺优化系统概述

6.2加工过程监控模型及其模块设计

6.2.1加工监控的模型

6.2.2监控的实现

6.3工艺优化模型及其模块设计

6.3.1切削参数预测

6.3.2预测参数的检验

6.3.3工艺参数优化及推荐

6.4系统的主要功能模块研制

6.4.1信号采集模块

6.4.2信号处理模块

6.4.3加工监控模块

6.4.4加工优化模块

6.4.5加工数据库

6.4.6用户权限

6.5本章小结

第七章加工过程监控与工艺优化系统的测试应用

7.1加工过程监控实验系统介绍

7.1.1系统硬件介绍

7.1.2系统软件介绍用

7.2加工方案及过程

7.2.1加工样本库

7.2.2试验过程

7.3试验结果及分析

7.4小结

第八章全文总结

参考文献

附录

致谢