鋁合金高速干切削過程智能監(jiān)控及工藝研究

　　行業(yè):

　　產(chǎn)品:

　　聲音與振動, PXI/CompactPCI, 軟件

　　挑戰(zhàn):

　　采用很高的主軸轉(zhuǎn)速、刀具進(jìn)給速度以及不使用切削液，使得加工過程變得更加復(fù)雜和充滿變數(shù)，刀具的磨損、崩刃、溫度過高等危險(xiǎn)性顯著增加。因此出于加工的效率、精度、安全性和綠色制造方式考慮，研究一套性能穩(wěn)定功能齊全的在線加工過程監(jiān)控系統(tǒng)成為一個挑戰(zhàn)。

　　解決方案:

　　通過虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境(LabVIEW)設(shè)計(jì)出具有信號實(shí)時采集和存儲、采集參數(shù)設(shè)置、信號動態(tài)顯示、信號基本特征的實(shí)時抽取等基本功能的各類虛擬儀器面板。對切削過程中各加工信號進(jìn)行可視化采集和綜合分析處理。

　　"虛擬儀器以計(jì)算機(jī)為統(tǒng)一的硬件平臺，配以具有測試和控制功能硬件接口卡，通過系統(tǒng)管理軟件的統(tǒng)一指揮調(diào)度來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)測控儀器的功能。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程度、處理能力、性能價(jià)格比、可操作性等方面都具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。"

　　介紹：

　　目前大型、整體航空結(jié)構(gòu)件加工周期很長，如果加工過程中出現(xiàn)問題，導(dǎo)致零件報(bào)廢，成本損失很大。另外出于安全性的考慮，相當(dāng)一部分的高速機(jī)床主軸實(shí) 際轉(zhuǎn)速偏低，切削用量欠優(yōu)化，高速機(jī)床低速使用，一方面造成設(shè)備和機(jī)床功率的浪費(fèi)，另一方面使高速主軸因長期承受重載荷而壽命降低。但采用很高的主軸轉(zhuǎn) 速、刀具進(jìn)給速度以及不使用切削液，使得加工過程變得更加復(fù)雜和充滿變數(shù)，刀具的磨損、崩刃、溫度過高等危險(xiǎn)性顯著增加。所以對加工過程的在線監(jiān)控，實(shí)時 掌握并控制加工進(jìn)程中的狀態(tài)，據(jù)此來研究、優(yōu)化工藝參數(shù)，預(yù)報(bào)和避免一些危險(xiǎn)狀態(tài)的出現(xiàn)顯得尤為重要。

　　一、項(xiàng)目背景：

　　該課題是航空科學(xué)基金項(xiàng)目，項(xiàng)目編號：2007ZE56008。

　　我國自20世紀(jì)90年代初開始高速切削技術(shù)方面的研究，工業(yè)發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)90年代中期把研究和開發(fā)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)向了干加工。干式切削是指在切削加 工中不使用切削液的工藝方法。從目前國內(nèi)外的情況來看，采用純粹的干切削特別是高速干切削還存在一定困難。因?yàn)闆]有切削液,其冷卻、潤滑及排屑作用就會喪 失, 產(chǎn)生更多的摩擦和粘附現(xiàn)象,使得刀具壽命變短、生產(chǎn)效率降低。所以,其應(yīng)用范圍還很有限。而傳統(tǒng)的濕式切削又有諸多不足。因此介于兩者之間的最少量潤滑技 術(shù)MQL有著極為廣闊的應(yīng)用前景。

　　目前國內(nèi)外在高速切削和干切削方面的研究主要側(cè)重在刀具材料、涂層、裝夾以及機(jī)床等方向。在加工過程監(jiān)控方面重視不夠。本項(xiàng)目主要對高速干切削(采用MQL)過程用多種傳感器進(jìn)行監(jiān)測，并對其進(jìn)行主動模糊控制。

　　建立了基于多傳感器的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件高速銑削過程監(jiān)測軟硬件系統(tǒng)。對數(shù)據(jù)采集卡、傳感器(振動、功率、溫度)型號及安裝位置進(jìn)行了論證;基于LABVIEW，用面向組件的方法建立了數(shù)據(jù)采集虛擬儀器系統(tǒng)。

　　用不同磨損狀態(tài)的銑刀，基于不同的切削參數(shù)和切削條件，對碳鋼、航空鋁合金材料進(jìn)行了多次高速銑削試驗(yàn);對所采集的信號進(jìn)行了時域、頻域和時-頻域 分析，總結(jié)了不同銑削狀態(tài)所對應(yīng)的信號特征;基于Kolmogorov-Smimov檢驗(yàn)理論(KS檢驗(yàn))，能夠?qū)Φ毒吣p狀態(tài)進(jìn)行在線識別。