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自由曲麵數控加工中過切的小波分析

2018-7-11 來源：-- 作者：--

　　模具在製造中大量使用數控機床和加工中心等設備，製（zhì）造周期較長，操作人員極易疲勞故障一旦發生，從人的感知到采取相應的措施常常需要數秒的時間，這將有可能導致產品報廢，造成嚴（yán）重的經濟損失。對於一般零件加工中的刀具破損及加工故障診斷等國內外多有研究報道，大多集中在聲發射（shè）、切削力或振動監控等方麵，並已取得很大進展（zhǎn）但是對於加工複雜模具等具有自由曲麵特征的工件，還（hái）缺乏有效的監控技術，究其原因在於過切信號難於識另a為給實時（shí）監控提供有效的手段，本文采用當前信號處理十分（fèn）有力的工具一一小波分析，對原始信號的不同時段（duàn）和頻（pín）段進行（háng）“聚焦式”掃描（miáo），以將過（guò）切信號（hào）從（cóng）時-頻（pín）空間準確提取出來1小波分析概念小波分析是傅立葉分析的發展，它（tā）是采用一個許樹新等（děng）：自（zì）由曲麵數控加工（gōng）中過切的小波分析彈性的小波基函數kb（t）作為積分（fèn）變換函數，對不同的頻率，依據尺度參數a的伸縮來實現分析檢測高頻特性時（shí）（a減小），時間窗口自動變窄（zhǎi），頻率窗口自動變寬；分析檢測低頻（pín）特性時（a增大），時間窗口自動變寬，頻率（lǜ）窗口自動變窄（zhǎi），實現了時-頻窗口（kǒu）的自適應變化對不同的時段，可將基函數沿時間軸滑動，從而可以分析信（xìn）號在任意時段的（de）任意細節。

　　自由曲麵加工中過切（qiē）信號小波分析原理在數（shù）控加（jiā）工中，刀具端麵與工件曲麵發生相交稱為過切，它屬於非正常切削當（dāng）工（gōng）件自由曲麵發生過切時，由於切削力突然發生變（biàn）化，導致切（qiē）削功率發生（shēng）變化（huà），相應地（dì）驅動刀具工作的電機電流也將發生變化因此，監測電機電流隨切削力的變化情況可間接監測（cè）刀具狀（zhuàng）態從主軸電機提取電流（liú）信號，最簡單的方（fāng）法是串聯（lián）電阻進行I/U轉換，以電壓形式輸出，但電阻的加入使得電機本身（shēn）的負載（zǎi）特（tè）性發生變化，降低了測量的精度。另外，在電阻兩（liǎng）端連（lián）接的其他儀器必須等值（zhí）變壓以懸（xuán）浮其電位，無疑增（zēng）加了測（cè）量係統的複雜性（xìng）鑒於此，本文（wén）采用磁平衡式霍爾電流傳（chuán）感器該傳感器本身連接一個直流電源，它在霍爾元件內部產生（shēng）一個磁場電機電流輸（shū）入端連接到傳感器上（shàng）時，其輸出端便有電流產生，它在霍爾元件的內部即產（chǎn）生（shēng）一個平衡的磁場，如電（diàn）機電流發生變化，平（píng）衡的（de）磁場（chǎng）即遭到（dào）破壞，欲達到新的平衡，輸出端電流必須作相應的改變（biàn）由於霍爾元件輸入-輸出間具有良好的線性關（guān）係，因此（cǐ），其輸出信號的波動可間接反映電機（jī）電（diàn）流的變化情況設輸出的信號為f（t），則f（t）的（de）連續小波變換可定義為f（t）與，）（的內積（jī）的多分辨逼近，相應（yīng）的尺（chǐ）度函數（shù）1，故V/空間（jiān）的基函數也應位於V/+i空間中（zhōng），因此可（kě）以（yǐ）用V/+i空間的規範正交基來表示（shì）1和2‘的逼近（jìn）分別是它在V/+i和V/的正交投影，根據投（tóu）影定理，分辨率為2’的（de）細節信（xìn）號應該是原始信號在V/關於V+1的正交補空間上（shàng）的正交投影，設此正交補空間為W/，即故W/空間的基函數2/（x-2/n）也應位於V/+i空間中（zhōng），因此也（yě）可以用V+1空間（jiān）的規範正交基式（5）來表示如信號/（t）GV+ 1，則上式表明（míng），f（t）的離散逼近Af可以（yǐ）從高一級離散逼近Ad+i/通過濾波器抽采得到，f（t）的細節信號D/f也可以從高一級（jí）離散逼近Ad+i/通過另一濾波器抽采（cǎi）得到（dào）。濾波器h（n）g（n）是以尺度函（hán）數h（t）和小波函數⑴的內積來（lái）定義的若原始信號A0f有N個采樣，隻要給出所謂a，b（t）-一小波基函數，當（dāng）a>1時（t）的波形伸展，當（dāng）a<1時（t）波形壓縮參數a的（de）伸縮和參（cān）數b的平移如（rú）連續取值，稱為連（lián）續小波變換實際應用中對其進行（háng）二進離散，即取a=試驗（yàn）是在TRIACATC立式加工中心上進行波的過切主要在曲麵（miàn）的搭接處或刀具轉彎過程中容稱為二進小波變換。

　　對9於計算機采樣獲得的數字信號，其二進小過（guò）切示意。刀具2工件易發生，為了簡（jiǎn）化試驗過程同時（shí）又兼顧過切的基本特征，本文進行了如所示的過切模擬試驗，采樣頻率均（jun1）為1kHz3.1過切試驗試驗條（tiáo）件如下：銑刀直徑為8mm，切削深度為1mm，主軸轉速為n=500r/min，進給速度為v=150mm/min，過切深度為Hg=0.05mm，工件材料為A3鋼，刀具材料為高速鋼。實測（cè）信號如中S所示過切信（xìn）號及（jí）小波分解從可以看到（dào）時域信號較為（wéi）複雜，沒有明顯的過切特征（zhēng），如（rú）從頻域上觀察，由（yóu）於沒有時域的定（dìng）位作用從而達不到實時（shí）監控的目（mù）的。因此，對原始實測信號進行小波（bō）分（fèn）解，變換（huàn）結（jié）果列於從變換結果可以（yǐ）看出，過切發生時，在小（xiǎo）尺度上（高（gāo）頻）反映不明顯，但在第4尺度上過切特征（zhēng）被明顯地表示出在實際監控中，可（kě）在該尺度上設定一個閾值，即可識別切（qiē）削狀態，而且（qiě）其過切點在小波變換（huàn）圖中（zhōng）時-頻雙向均被精確定位，從而便於實時監控3.2過切試驗二試驗條件：銑刀直（zhí）徑為10mm，切削深度往= 0.5mm，主軸轉速n=500r/min，進給速度v=150mm/min，過切深度Q1mm，工件材料為A潮（cháo），刀具材料為高速（sù）鋼實測信號及（jí）其小波分解見從（cóng）圖中可以看出過（guò）切點在高頻段（duàn）反映也不明顯，同樣（yàng）在（zài）第4尺度上，過切特征被明顯表現出來4結（jié）束語小波變換為信號的時-頻局部化提（tí）供了數學基礎采用小波分析方法，可以（yǐ）同時從時域和頻域對信號進行分析，並對感興趣的點進（jìn）行精確時（shí）-頻定位在工件自由曲麵數控加工中，過切為常見的故障形式，其切入點含有較豐富的頻率信（xìn）息，但僅從時域（yù）觀察（chá）很難得出過切的相關信（xìn）息小波分析能在不同時，段上觀（guān）察信號，並能準確提取頻率突變點的各種信息（xī）本（běn）文的（de）研（yán）究表明，在時，空間采用“聚焦式”掃描觀察過切信息，雖（suī）然在有些（xiē）頻段上反映不明顯，但在另一些頻（pín）段上，小波係數值明顯突出（chū）從而能有效地（dì）實時識別刀具切削狀態，為實現刀具狀態監控奠定了基礎

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