丝锥容屑槽检测系统的研制

摘要

随着制造业的转型升级，制造业对切削刀具的性能提出了更多的要求。我国的刀具企业需要跟上制造业转型的步伐，需要不断的创新，不断的吸收和消化新的技术来加快刀具产品的迭代。丝锥是重要切削刀具之一，大到航空航天，小到手机、玩具的制造，都离不开丝锥。但由于丝锥的容屑槽是丝锥排出切屑的重要通道，容屑槽参数的细微变化会对丝锥的寿命造成很大的影响。容屑槽是通过成型砂轮磨削而成，在加工中的误差也会直接影响到容屑槽的参数，所以在生产过程中需要对容屑槽进行检测。　　通过分析丝锥容屑槽的作用、结构及容屑槽的传统检测方法存在的问题，本文研制了一种基于激光位移传感器的丝锥容屑槽检测系统。该检测系统由机械结构、激光位移传感器、运动控制卡、工业控制计算机及开发的专用软件系统组成。能实现对直槽丝锥容屑槽的前角、刃背角、圆弧大小、槽形曲线等参数进行检测。　　研究了丝锥的结构及容屑槽，对丝锥容屑槽检测系统进行了总体设计，根据给出的检测系统设计指标，对每个模块进行了误差的分配；对基于工业控制计算机的运动控制系统进行了总体设计；对数字滤波算法进行了研究，分析了运用多线程方式进行动态同步采可行性；采用滑动均值滤波算法对激光位移传感器的采集数据进行滤波；应用移动最小二乘法对滤波后的离散数据进行拟合，得到槽形的检测曲线，并根据丝锥容屑槽的几何参数定义，运用带约束最小二乘拟合，计算得到槽形的前角、刃背角以及圆弧参数。　　在Qt5的集成开发环境下，开发了实现上述功能的专用软件系统。操作人员可以通过该软件的人机界面，控制检测系统的激光位移传感器、运动控制系统和数据采集模块协同动作，进行检测系统的初始化、激光位移传感器的标定、完成对丝锥容屑槽的槽形测量，最后根据计算结果，判断丝锥容屑槽是否合格。

目录

声明

第1章绪论

1.1 背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 丝锥容屑槽的研究

1.2.2 运动控制系统的研究

1.2.3 丝锥测量方面的研究

1.2.4 传感器方面的研究

1.3 主要研究内容

第2章丝锥容屑槽检测系统的总体设计

2.1 丝锥的结构

2.2 丝锥容屑槽的几何参数

2.3 丝锥容屑槽检测系统的总体方案

2.4 丝锥容屑槽检测系统的设计指标

2.5 丝锥容屑槽检测系统的误差分配

2.6 软件开发环境介绍

2.7 本章小结

第3章检测系统的运动控制设计

3.1 检测系统的控制系统结构

3.2 GTS-VB通用运动控制器

3.3 GTS-VB的硬件连接

3.3.1 伺服驱动器控制连接

3.3.2 通用数字输入输出信号、原点信号和限位信号连接

3.3.3 检测系统的控制系统搭建

3.4 检测系统的控制流程

（1） 激光传感器的校准过程

（2） 丝锥槽形检测过程

3.5 本章小结

第4章检测系统数据处理算法研究

4.1 引言

4.2 数据同步采集器

4.2.1 检测系统数据采集分析

4.2.2 动态同步采集的多线程背景

4.3 数字滤波算法

4.3.1 算术平均值滤波

4.3.2 加权平均值滤波

4.3.3 滑动均值滤波

4.3.4 中值滤波

4.3.5 算法结果

4.4 移动最小二乘法拟合

4.4.1 移动最小二乘法的特点

4.4.2 移动最小二乘法的原理

4.4.3 丝锥容屑槽测量数据的移动最小二乘拟合

4.5 圆弧拟合

4.5.1 圆弧逼近的节点选取

4.5.2 拟合误差的计算

4.5.3 无约束最小二乘圆弧拟合

4.5.4 带约束最小二乘圆弧拟合

4.6 带约束的线性拟合

4.7 多段函数的拟合

4.8 测量结果的判定

4.9 本章小结

第5章检测系统的软件系统的设计

5.1 检测系统的软件系统功能需求分析

5.2 检测系统专用检测软件总体设计

5.3 软件数据流

5.4 本章小结

第6章总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果