刀具工作状态监测系统的设计与实现

发布时间：2017-09-03 08:13

  本文关键词：刀具工作状态监测系统的设计与实现

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【摘要】：机床工业作为先进制造技术的一个重要领域,正在向着高效、高精度的自动化加工目标发展,而切削刀具在切削加工过程中起着至关重要的作用,切削刀具的异常变化将直接影响加工精度和可靠性。因此,开发机床刀具工作状态监测系统,对刀具加工过程中这两种信号进行实时监测就显得尤为重要。本文针对刀具加工过程实时监测开发两套智能监测刀柄,分别监测振动信号和切削力/扭矩信号,将整个传感系统集成在刀柄内部,以无线方式进行数据回传和电能供给。在数据传输方面,通过分析振动信号和切削力/扭矩信号的信号特征,确定功能指标,并基于两种核心微处理器分别设计信号调理电路、数据采集电路以及无线通信电路,搭建监测系统的硬件平台。在此基础之上,构建监测系统的软件平台,实现信号的采集、数据的无线传输以及上位机对系统的控制功能,在上位机远程、实时地监测这两种刀具信号的波形,同时完成对采集数据的存储。在电能传输方面,针对机床和刀柄的结构及其高速旋转的特殊工作状态,确定应用电磁谐振式无线供电方式。从接收端和发射端线圈结构与布局出发,建立“2发多收”的刀柄无线供电模型。针对发射模块,设计方波发生电路、MOS管驱动电路以及高频逆变电路,实现直流到高频交流的转换。针对接收系统和负载设备的供电需求,设计整流滤波电路和电源管理电路,实现了高频交流到多路直流的转换,为刀柄内所有传感系统提供稳定直流电源。在验证系统数据传输与电能传输各节点设备性能的基础之上,对整个刀具监测系统进行实际的功能测试和性能分析,实现通过上位机对这两种信号进行远程、实时的监测,并保证整套刀具监测系统的可行性与稳定性。
【关键词】：刀具监测 数据采集 无线通信 无线供电
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG71;TP274
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-18
• 1.1 课题来源9
• 1.2 课题研究背景和意义9-10
• 1.3 国内外研究现状及分析10-16
• 1.3.1 刀柄系统传感器集成技术10-12
• 1.3.2 数据采集处理技术12-13
• 1.3.3 短距离无线通信技术13-14
• 1.3.4 无线供电技术14-16
• 1.4 本课题研究内容16-18
• 第2章 刀具监测系统设计18-28
• 2.1 系统总体设计方案18-19
• 2.2 数据采集系统设计方案19-20
• 2.3 无线通信系统设计方案20-21
• 2.4 无线供电系统设计方案21-27
• 2.4.1 无线能量传输原理21-26
• 2.4.2 电磁谐振无线供电系统设计方案26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 第3章 数据采集与无线通信系统软硬件设计28-42
• 3.1 数据采集与无线通信系统硬件设计28-34
• 3.1.1 信号调理模块电路设计28-30
• 3.1.2 A/D转换模块电路设计30-32
• 3.1.3 无线通信模块电路设计32-34
• 3.2 数据采集与无线通信系统软件设计34-41
• 3.2.1 数据采集系统软件设计34-36
• 3.2.2 无线通信系统软件设计36-38
• 3.2.3 上位机终端软件设计38-41
• 3.3 本章小结41-42
• 第4章 基于电磁谐振的无线供电系统设计42-49
• 4.1 收发线圈结构与布局设计42-44
• 4.2 发射模块电路设计44-46
• 4.3 接收模块电路设计46-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第5章 刀具监测系统实验测试与性能分析49-55
• 5.1 数据传输静态测试分析49-50
• 5.1.1 振动刀柄监测系统测试49-50
• 5.1.2 切削力/扭矩刀柄监测系统测试50
• 5.2 电能传输静态测试分析50-53
• 5.3 刀具监测系统整机性能测试与分析53-54
• 5.4 本章小结54-55
• 结论55-57
• 参考文献57-61
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果61-63
• 致谢63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 邱炎儿;;浅谈数控机床刀具磨损的监测方法[J];长春理工大学学报(高教版);2010年04期

2 曹英杰,路克杰,梁志国;模拟量数据采集系统的计量测试现状及其前景[J];航空科学技术;1998年01期

3 周路菡;;无线充电:指向方便与安全[J];新经济导刊;2014年05期

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 邵帅;基于nRF905的温度数据采集及无线传输系统的设计[D];武汉科技大学;2010年

2 吕衍福;用于刀具状态检测的声发射信号无线传输系统的研发[D];哈尔滨工业大学;2014年

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本文编号：783844