集结于刀柄的切削力实时感知系统研究

发布时间：2025-03-18 22:53

　　机械制造业作为基础产业,正实施转型升级战略,朝着高效、高精的智能制造方向发展,而实现智能制造的基础即要求机床对加工过程可进行状态实时监测,这有赖于智能功能部件的应用。切削力是表征加工状态中最为稳定且易获取的信号类型,刀柄位于切削力传递链中较近位置,通过开展可集结于刀柄的切削力实时感知系统研究,为加工状态监测提供精准数据,可助力于智能切削加工技术的发展。针对刀柄基体需集结传感器并满足轴向力和扭矩的测量要求,分析电阻式传感器特点,确定了轴向力和扭矩测量所用传感器结构及测量电路类型;考虑刀柄基体使用要求,设计了应变仓结构用于安装传感器;建立了刀柄基体多目标优化模型,采用响应面优化方法进行求解,获取了刀柄基体的最优化尺寸参数;研制了刀柄系统附件,确定了刀柄系统的总体设计方案。针对传统信号传输方式在高频采样频率下进行信号传输易发生数据堵塞等问题,开展了基于压缩感知的切削力信号处理方法研究,分析了切削力信号的稀疏性并基于离散傅里叶变换正交基构建了信号稀疏表示模型;采用改进QR分解方法对高斯随机矩阵进行优化,构建了观测矩阵;采用压缩采样匹配追踪方法进行了低维观测信号的高效、高精重构,实现了基于压缩感知...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 切削力测量装置
        1.2.2 集结于刀柄的测力传感器
        1.2.3 测力刀柄基体结构设计
        1.2.4 信号传输与处理
    1.3 论文研究内容
第2章 切削力实时感知系统总体设计
    2.1 二维电阻式测力传感器设计
        2.1.1 切削系统受力分析
        2.1.2 传感器敏感元件及结构形式分析
        2.1.3 电阻式传感器设计
        2.1.4 电阻式传感器制作
    2.2 基于响应面法的刀柄基体结构优化设计
        2.2.1 刀柄基体结构分析
        2.2.2 响应面模型的建立
        2.2.3 基于多目标遗传算法的结构优化模型求解
        2.2.4 优化结果分析
    2.3 切削力实时感知系统总体结构设计
    2.4 本章小结
第3章 基于压缩感知的切削力信号处理研究
    3.1 压缩感知理论简述
    3.2 基于DFT正交基的稀疏表示模型构建
        3.2.1 切削力信号的稀疏性分析
        3.2.2 切削力信号在DFT正交基下的稀疏表示
    3.3 基于高斯矩阵的改进观测矩阵构建
        3.3.1 测量矩阵分析
        3.3.2 基于改进QR分解的测量矩阵构建
    3.4 基于CoSaMP的观测信号重构
        3.4.1 贪婪重构算法分析
        3.4.2 基于CoSaMP的切削力信号重构
    3.5 本章小结
第4章 切削力实时感知系统性能实验研究
    4.1 静态标定实验
        4.1.1 静态标定实验方法
        4.1.2 静态标定实验设计方案
        4.1.3 静态标定实验结果分析
    4.2 动态标定实验
        4.2.1 动态标定实验方法
        4.2.2 动态标定实验设计方案
        4.2.3 动态标定实验结果分析
    4.3 切削力测量实验
        4.3.1 切削力测量实验方案设计
        4.3.2 切削力测量铣削实验结果分析
        4.3.3 切削力测量钻削实验结果分析
    4.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢



本文编号：4036296