光栅刻划刀具刃磨振动在线监测及控制技术研究

发布时间：2017-08-18 10:41

  本文关键词：光栅刻划刀具刃磨振动在线监测及控制技术研究

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【摘要】：天然金刚石具有硬度高、耐磨性好及磨擦因子低等特征,现行的光栅刻划刀具采用的材质是天然金刚石,但天然金刚石所具有的质脆、易崩裂、高温下易产生热化学磨损和扩散磨损等特殊的物理化学特性,给金刚石刀具的精密研磨带来一定的困难,刀具研磨的工艺经验表明,在光栅刻划刀具刃磨过程中,刃磨设备和刀具表现出很多与刀具刃磨相关的特征,如相互之间的研磨压力、磨盘及刀臂的振动、现场刃磨的声音、相互摩擦产生的温度等,尤其是刃磨中刀具的振动,可让刀具和研磨盘之间产生多余的相对运动,这种相对运动会破坏刀具的峰锐度与表面光洁度。本文以光栅刻划刀具刃磨设备为实验平台,以光栅刻划刃磨过程刀具为具体研究对象,将刀具振动信号作为刃磨过程故障诊断的特征信号,并采用小波包信号处理方法从带有噪声的振动信号中提取出能够代表刀具刃磨状态的特征值信息,从而辨识刀具刃磨过程的运行状态,进而提出一种振动控制方法,为实现刀具刃磨振动过程自动控制提供了理论基础。首先提出采用刀具振动信号作为表征刃磨过程故障诊断的特征信号,进行了刃磨正常及故障振动信号的快速傅里叶变换频谱分析,初步确定了刀具刃磨过程振动信号的特征频段,采用db9小波函数对刃磨正常和故障振动信号进行三层小波包分解,进行了能量谱和功率谱分析,进一步确定了刃磨过程刀具振动信号的特征频段,进而提取出能够表征刃磨振动的特征值信息;然后在分析刀具刃磨过程振动产生机理的基础上,提出了通过在线调整刀具向磨盘施加载荷大小来减小刃磨过程刀具的振动,提高刀具刃磨质量的方法;接着针对刃磨过程受诸多工艺参数及干扰影响,而刀具刃磨过程对参数的控制要求较高等特点,提出了采用串级控制方法,内环采用PID控制算法控制刀具向磨盘施加的研磨载荷大小,提前消除干扰对刀具振动信号的影响,外环采用自动搜索寻优算法以减少刀具在刃磨过程中的振动,通过仿真分析验证了控制方法的可行性;最后完成了系统的硬件搭建和软件设计,提供了一种对刀具刃磨振动监测及分析的软件平台。
【关键词】：光栅刻化刀 刃磨振动 双闭环控制 自动搜索寻优 小波包
【学位授予单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG71;TG580.6;TP273
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 论文选题的来源及意义8
• 1.1.1 论文的来源8
• 1.1.2 论文的研究意义8
• 1.2 相关技术目前发展状况8-10
• 1.2.1 金刚石刀具研磨工艺方法现状8-9
• 1.2.2 加工过程振动研究现状9
• 1.2.3 光栅刻划刀具刃磨控制技术研究现状9-10
• 1.3 金刚石刀具研磨技术发展方向10
• 1.4 论文的主要研究内容10-11
• 1.5 论文的整体结构11-12
• 第二章 光栅刻划刀具刃磨振动信号分析及提取方法研究12-35
• 2.1 实验装置介绍12-13
• 2.2 振动信号采集系统的搭建13-15
• 2.2.1 基本结构13
• 2.2.2 硬件选型13-15
• 2.3 振动信号采集15-16
• 2.3.1 振动测量参数选择15-16
• 2.3.2 测点选择16
• 2.3.3 采样间隔选择16
• 2.4 刀具刃磨振动信号分析技术路线16-17
• 2.5 小波包分析理论17-22
• 2.6 小波包重构信号使用快速傅里叶分析时伪频率的去除22-24
• 2.7 金刚石刀具刃磨振动信号的小波包分析24-30
• 2.7.1 刃磨振动信号小波包能量谱与功率谱分析24-29
• 2.7.2 刀具振动信号各频段能量值29-30
• 2.8 刀具刃磨载荷的检测与计算30-34
• 2.8.1 刀具刃磨载荷调整装置30-31
• 2.8.2 刀具刃磨载荷检测原理31-33
• 2.8.3 金刚石刀具刃磨载荷计算模型33-34
• 2.9 本章小结34-35
• 第三章 光栅刻划刀具刃磨振动控制方法研究35-54
• 3.1 串级控制方法35-38
• 3.2 PID控制概述38-46
• 3.2.1 信号的离散化处理43-44
• 3.2.2 PID参数整定44-46
• 3.3 自动搜索寻优控制方法46-48
• 3.3.1 自动搜索寻优工作原理及特点46
• 3.3.2 自寻最优控制的实现方法46-48
• 3.4 光栅刻划刀具刃磨振动控制方法48-51
• 3.4.1 影响光栅刻划刀具刃磨振动的相关工艺参数48-49
• 3.4.2 影响刀具刃磨振动的相关扰动49
• 3.4.3 光栅刻化刀具刃磨振动控制思路及具体实施方式49-51
• 3.5 控制系统仿真分析51-53
• 3.5.1 单回路PID控制振动仿真51-52
• 3.5.2 串级控制仿真52-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第四章 光栅刻划刀具刃磨振动系统的实现54-63
• 4.1 系统的硬件实现54
• 4.2 信号采集电路设计54-56
• 4.2.1 载荷信号采集结构54-55
• 4.2.2 DI-710采集卡详细介绍55-56
• 4.3 执行电路设计56-58
• 4.3.1 刃磨机床布局56-57
• 4.3.2 载荷调整电路57-58
• 4.4 LabVIEW的简介及系统界面58-62
• 4.4.1 LabVIEW的简介58-60
• 4.4.2 刀具刃磨振动软件界面设计60-62
• 4.5 本章小结62-63
• 第五章 结论与展望63-65
• 5.1 结论63-64
• 5.2 展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-70
• 作者简介70
• 攻读硕士学位期间研究成果70

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本文编号：694148