铣削加工刀具磨损状态在线监控测振刀柄系统与信号奇异性分析研究
发布时间：2021-01-15 00:22
基于理论和技术创新的智能制造信息化装备是新一代信息技术产业的优先发展方向。在切削加工领域,制造过程中刀具的磨损状态识别与更换依然依赖人工经验,缺乏科学、有效的理论、技术与装备支撑,严重制约了生产效率和产品质量的提升。基于传感器技术的刀具磨损状态在线监测技术可以有效地判断刀具的磨破损状态,充分发挥刀具的加工潜能,已逐渐得到了制造业的广泛重视并获得应用,被认为是实现自动化制造、无人化生产的重要支撑技术。本文以建立一套具备“感知-分析-决策”能力的集成化切削过程监测系统为目标,围绕切削过程智能感知装备与信号时频分析理论所涉及的科学问题,进行相关理论、方法与技术研究。针对传统的切削过程有线式振动信号采集系统信号衰减、安装不便、移植性差等问题,开发了面向铣削加工过程在线监测的旋转式测振刀柄系统,集成工业级三轴加速度传感器,开发信号采集与无线通讯模块、前置处理模块,实现铣削加工中三向振动信号的实时测量;借助于单点激励的锤击法模态实验和有限元模态分析技术,评估测振刀柄本体的动态特性;并开展铣削加工振动信号对比实验,测试了旋转式测振刀柄系统振动信号的采集性能。测试结果表明所开发的旋转式测振刀柄系统能够...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：189 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号及其单位
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 刀具磨损状态监测关键技术与研究现状
1.2.1 刀具磨损监测方法研究现状
1.2.2 基于人工智能算法的监测系统研究现状
1.3 基于传感器集成技术的智能刀柄系统研究现状
1.3.1 测力刀柄系统研究现状
1.3.2 测振、测温刀柄系统研究现状
1.4 信号处理技术
1.5 论文的提出、研究内容及总体框架
1.5.1 论文的提出
1.5.2 主要研究内容
1.5.3 论文整体框架
第二章 面向铣削加工的旋转式测振刀柄系统开发与性能测试
2.1 引言
2.2 旋转式测振刀柄总体设计
2.2.1 旋转式测振刀柄基本构成
2.2.2 旋转式测振刀柄设计要求
2.2.3 旋转式测振刀柄总体设计方案
2.3 振动传感器单元选型
2.4 振动信号采集与通讯系统设计
2.5 旋转式测振刀柄系统集成
2.6 旋转式测振刀柄系统动态特性分析与测试
2.6.1 旋转式测振刀柄有限元模态分析
2.6.2 旋转式测振刀柄系统单点激振试验
2.7 铣削实验振动信号对比分析
2.7.1 铣削信号对比实验设计
2.7.2 整个加工过程振动信号分析
2.8 小结
第三章 基于小波变换的信号奇异性分析理论与方法
3.1 引言
3.2 小波变换的基本理论与方法
3.2.1 连续小波变换
3.2.2 离散小波变换
3.3 奇异性分析理论与李氏指数评估的
3.3.1 李氏指数的定义
3.3.2 小波变换奇异性分析理论
3.3.3 李氏指数评估算法
3.4 基于模极大值评估的信号降噪算法
3.5 面向各类传感器信号奇异性分析的小波基函数选择方法
3.5.1 信号奇异性的分类
3.5.2 基于考虑刀具磨损三维切削力数学建模的小波基选取
3.5.3 基于模极大值降噪评估的小波基选择方法
3.6 小结
第四章 铣削过程传感器信号奇异性特性与刀具磨损状态的关联机制
4.1 引言
4.2 整体硬质合金立铣刀全寿命磨损实验研究
4.2.1 间接监测信号采集实验平台搭建
4.2.2 整体硬质合金立铣刀全寿命磨损实验设计
4.2.3 全寿命周期刀具磨损统计与状态划分
4.3 传感器信号奇异性特征与刀具磨损状态的关联机制
4.3.1 基于小波奇异性分析理论的HE指数计算方法
4.3.2 HE指数概率密度分布规律与刀具磨损状态的关联机制
4.3.3 HE指数的统计规律与刀具磨损状态的关系
4.4 基于特征选择算法的最优特征子集筛选
4.5 基于支持向量机的刀具磨损状态识别模型
4.5.1 支持向量机算法的基础理论
4.5.2 刀具磨损状态监测模型设计
4.5.3 基于SVM的刀具磨损状态监测模型训练与识别结果分析
4.6 小结
第五章 铣削刀具磨损状态在线监测系统构建与验证
5.1 引言
5.2 铣削刀具磨损状态在线监测系统总体框架设计
5.3 旋转式测振刀柄系统的性能测试与验证
5.3.1 变加工条件下的铣削信号对比实验设计
5.3.2 切削过程振动信号统计信息对比分析
5.4 基于振动信号HE指数统计规律的TWCM模型优化
5.5 基于旋转式测振刀柄系统的铣削过程监测上位机系统
5.5.1 铣削过程监测上位机系统总体设计
5.5.2 铣削过程监测上位机系统功能模块设计
5.6 铣削刀具磨损状态在线监测系统模拟应用验证
5.7 小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
攻读学位期间获得的学术成果及参加科研项目
致谢
附件
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：2977839
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：189 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号及其单位
第一章 绪论
1.1 引言
1.2 刀具磨损状态监测关键技术与研究现状
1.2.1 刀具磨损监测方法研究现状
1.2.2 基于人工智能算法的监测系统研究现状
1.3 基于传感器集成技术的智能刀柄系统研究现状
1.3.1 测力刀柄系统研究现状
1.3.2 测振、测温刀柄系统研究现状
1.4 信号处理技术
1.5 论文的提出、研究内容及总体框架
1.5.1 论文的提出
1.5.2 主要研究内容
1.5.3 论文整体框架
第二章 面向铣削加工的旋转式测振刀柄系统开发与性能测试
2.1 引言
2.2 旋转式测振刀柄总体设计
2.2.1 旋转式测振刀柄基本构成
2.2.2 旋转式测振刀柄设计要求
2.2.3 旋转式测振刀柄总体设计方案
2.3 振动传感器单元选型
2.4 振动信号采集与通讯系统设计
2.5 旋转式测振刀柄系统集成
2.6 旋转式测振刀柄系统动态特性分析与测试
2.6.1 旋转式测振刀柄有限元模态分析
2.6.2 旋转式测振刀柄系统单点激振试验
2.7 铣削实验振动信号对比分析
2.7.1 铣削信号对比实验设计
2.7.2 整个加工过程振动信号分析
2.8 小结
第三章 基于小波变换的信号奇异性分析理论与方法
3.1 引言
3.2 小波变换的基本理论与方法
3.2.1 连续小波变换
3.2.2 离散小波变换
3.3 奇异性分析理论与李氏指数评估的
3.3.1 李氏指数的定义
3.3.2 小波变换奇异性分析理论
3.3.3 李氏指数评估算法
3.4 基于模极大值评估的信号降噪算法
3.5 面向各类传感器信号奇异性分析的小波基函数选择方法
3.5.1 信号奇异性的分类
3.5.2 基于考虑刀具磨损三维切削力数学建模的小波基选取
3.5.3 基于模极大值降噪评估的小波基选择方法
3.6 小结
第四章 铣削过程传感器信号奇异性特性与刀具磨损状态的关联机制
4.1 引言
4.2 整体硬质合金立铣刀全寿命磨损实验研究
4.2.1 间接监测信号采集实验平台搭建
4.2.2 整体硬质合金立铣刀全寿命磨损实验设计
4.2.3 全寿命周期刀具磨损统计与状态划分
4.3 传感器信号奇异性特征与刀具磨损状态的关联机制
4.3.1 基于小波奇异性分析理论的HE指数计算方法
4.3.2 HE指数概率密度分布规律与刀具磨损状态的关联机制
4.3.3 HE指数的统计规律与刀具磨损状态的关系
4.4 基于特征选择算法的最优特征子集筛选
4.5 基于支持向量机的刀具磨损状态识别模型
4.5.1 支持向量机算法的基础理论
4.5.2 刀具磨损状态监测模型设计
4.5.3 基于SVM的刀具磨损状态监测模型训练与识别结果分析
4.6 小结
第五章 铣削刀具磨损状态在线监测系统构建与验证
5.1 引言
5.2 铣削刀具磨损状态在线监测系统总体框架设计
5.3 旋转式测振刀柄系统的性能测试与验证
5.3.1 变加工条件下的铣削信号对比实验设计
5.3.2 切削过程振动信号统计信息对比分析
5.4 基于振动信号HE指数统计规律的TWCM模型优化
5.5 基于旋转式测振刀柄系统的铣削过程监测上位机系统
5.5.1 铣削过程监测上位机系统总体设计
5.5.2 铣削过程监测上位机系统功能模块设计
5.6 铣削刀具磨损状态在线监测系统模拟应用验证
5.7 小结
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
6.2 研究展望
参考文献
攻读学位期间获得的学术成果及参加科研项目
致谢
附件
学位论文评阅及答辩情况表
本文编号：2977839
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