基于CompactRIO的機床加工狀態(tài)實時監(jiān)測系統(tǒng)的研制.pdf

1、數(shù)控機床作為機械加工領(lǐng)域最重要的生產(chǎn)設(shè)備，支撐著國家制造產(chǎn)業(yè)。隨著制造業(yè)近年來智能化的發(fā)展方向，數(shù)控機床的智能化也成為趨勢。機床的狀態(tài)監(jiān)測作為其智能化的基礎(chǔ)，是保證機床加工質(zhì)量、管理機床健康狀態(tài)等的手段。因此，建立通過多種傳感器感知機床工作狀態(tài)的在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)有其必要性和意義。
　　本文通過將CompactRIO硬件平臺及噪聲、加速度、溫度傳感器等硬件設(shè)備進行集成，設(shè)計一套監(jiān)測采集系統(tǒng)硬件，并在此基礎(chǔ)上，基于LabVIEW編程環(huán)

2、境搭建了多層次、高效率的軟件，使整套系統(tǒng)具有多類信號采集、處理、分析、存儲、傳輸?shù)墓δ?。通過試驗驗證了系統(tǒng)對薄壁結(jié)構(gòu)銑削加工過程監(jiān)測的有效性，并探究了各傳感信號與加工參數(shù)的關(guān)系。在試驗基礎(chǔ)上，建立工件表面粗糙度與振動信號強度關(guān)系模型，驗證其有效性，并應(yīng)用其完成系統(tǒng)在線粗糙度報警機制。具體研究內(nèi)容如下：
　　首先，建立了一套多傳感集成化的監(jiān)測采集硬件平臺。針對機床狀態(tài)監(jiān)測的要求，明確了監(jiān)測采集系統(tǒng)的功能及對象，確定機床主軸振動特性、

3、主軸溫度特性及噪聲特性為監(jiān)測物理量。對比針對這三種物理量的傳感器原理、性能、安裝條件具體情況，選定系統(tǒng)傳感器。結(jié)合采集現(xiàn)場、傳感器及功能需求，對比選擇了NI CompactRIO平臺作為采集系統(tǒng)硬件核心。對該平臺及采集卡、電源、傳感器線材等其他附件進行整合封裝設(shè)計，形成一套集成化的采集系統(tǒng)硬件平臺。
　　其次，根據(jù)監(jiān)測需求與硬件條件，開發(fā)了監(jiān)測采集系統(tǒng)軟件。在LabVIEW編程環(huán)境下，根據(jù)硬件結(jié)構(gòu)進行FPGA—Real-Time—

4、上位機三個層次進行程序開發(fā)。FPGA程序?qū)崿F(xiàn)了兩個順序結(jié)構(gòu)分別與采集卡交互實現(xiàn)振動、噪聲信號與熱電偶信號采集；Real-Time程序通過多生產(chǎn)者、多消費者結(jié)構(gòu)實現(xiàn)多路信號并行的處理、分析、存儲、上傳等功能；上位機程序通過TCP-IP協(xié)議接收數(shù)據(jù)并進行信息顯示。
　　然后采用監(jiān)測采集系統(tǒng)進行了薄壁結(jié)構(gòu)側(cè)銑過程試驗研究。通過試切削比較了振動、噪聲信號的時域波形與工件表面質(zhì)量情況，并獲得加工過程主軸溫度情況。以振動與噪聲信號有效值與極值

5、作為判斷強度標準，通過控制變量試驗，研究了振動、噪聲信號強度與主軸轉(zhuǎn)速、徑向切深、進給速率等加工參數(shù)的關(guān)系。并比較分析了振動信號與噪聲信號時域、頻域關(guān)系及形成原因。
　　最后，針對薄壁結(jié)構(gòu)加工表面形貌控制要求，研究了振動強度與表面粗糙度的關(guān)系模型。分析銑削加工表面粗糙度成因與成分后，重點研究振動強度與表面粗糙度關(guān)系。進行切削試驗獲取對應(yīng)的兩者數(shù)據(jù)，構(gòu)建兩者間回歸方程并帶入數(shù)據(jù)，得到模型關(guān)系。分別使用回歸方程顯著性驗證與殘差正態(tài)概率