外文翻譯--基本計(jì)算方法和機(jī)械硬件對(duì)機(jī)器工作的相關(guān)扭矩的判斷 中文版

1、<p>　　J Intell Manuf </p><p>　　DOI 10.1007/s10845-011-0550-4</p><p>　　基本計(jì)算方法和機(jī)械硬件對(duì)機(jī)器工作的相關(guān)扭矩的判斷</p><p>　　I. N. Tansel · M. Demetgul · K. Bickraj · B. Kaya

2、83; B. Ozcelik </p><p>　　接稿: 2011-3-28 / 刊發(fā): 2011-6-9 </p><p>　　© Springer Science+Business Media, LLC 2011</p><p><b>　　摘要：</b></p><p>　　在工業(yè)中，當(dāng)多主軸用于加工操

3、作時(shí)，只有旋轉(zhuǎn)式測力計(jì)，可用于監(jiān)測。目前對(duì)于大多數(shù)的加工中心而言，商業(yè)輪轉(zhuǎn)式測力計(jì)笨重，昂貴。基本計(jì)算方法和機(jī)械硬件需要更小，更符合成本效益的基于轉(zhuǎn)矩加工監(jiān)視器（TbMM）。TbMM概念的目的是估計(jì)余下的刀具壽命，從內(nèi)擬議裝置的扭矩信號(hào)檢測振動(dòng)，只有在出現(xiàn)問題時(shí)，中央計(jì)算機(jī)才與之與建立聯(lián)系。余下的刀具壽命估計(jì)和顫檢測算法的TbMM開發(fā)由商業(yè)輪轉(zhuǎn)機(jī)測力計(jì)收集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析。設(shè)計(jì)時(shí)，機(jī)械的TbMM的硬件產(chǎn)生的電壓與使用壓電復(fù)合元素的切削扭矩

4、成正比。其余的刀具壽命估計(jì)從扭矩信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)差（或方差）獲得。Teager-Kaiser算術(shù)法（TKA）的過程檢測，只有一次性從四個(gè)樣品的基礎(chǔ)振動(dòng)的頻率估計(jì)上獲得。機(jī)械組件的TbMM的信號(hào)的準(zhǔn)確性這一特點(diǎn)，可以令人滿意的找到加工中的問題，如磨損和振動(dòng)的估計(jì)。該TbMM是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，尤其是當(dāng)多個(gè)主軸同時(shí)工作在同一工件。</p><p><b>　　關(guān)鍵詞：</b></p>&l

5、t;p>　　刀具磨損估計(jì)·振動(dòng)檢測·測力計(jì)·基于扭矩的加工監(jiān)視器·銑削·多軸加工</p><p><b>　　介紹：</b></p><p>　　國際競爭迫使許多廠商使用多主軸機(jī)床，以提高生產(chǎn)率。國家的最先進(jìn)的自動(dòng)化技術(shù)，需要監(jiān)測的自動(dòng)化生產(chǎn)流程，以保持質(zhì)量。研究界不斷發(fā)現(xiàn)新的方法來提高生產(chǎn)率和引進(jìn)的的判斷方法卻

6、需要實(shí)施低成本傳感器的多年工作（2002年Jeong和Chou）。在本文中，計(jì)算合理工具和機(jī)械扭矩為基礎(chǔ)的加工監(jiān)視器（TbMM）的硬件介紹。所有成分旨在保持在最低的成本和計(jì)算負(fù)荷。擬議TbMM元件的性能進(jìn)行了評(píng)估在不同的實(shí)驗(yàn)。</p><p>　　今天，大多數(shù)廠家使用先進(jìn)的數(shù)控銑床Tansel·Bickraj機(jī)和車床，保持部分的質(zhì)量和運(yùn)營的靈活性。多主軸數(shù)控機(jī)床已被廣泛采用，以進(jìn)一步提升制造業(yè)Gale2

7、004; Murray 1998; Kamarthi 1994）。這些機(jī)器使用多個(gè)獨(dú)立的活主軸，以執(zhí)行一些操作，如攻絲，銑，和鉆井同步（Korn2007）。</p><p>　　工程師們已經(jīng)安裝傳感器來以監(jiān)測刀具狀態(tài)和零件質(zhì)量，測量溫度，力，振動(dòng)和電機(jī)的電流（Dimla 2000; Rehorn Gebze 技術(shù)研究所，Gebze, Kocaeli, Turkey et al. 2005; Juo 2000; S

8、tein and Wang 1990; Altintas 1992; Lee et al. 1995; Kim and Kimt 1996）。使用不同的算法來檢測振動(dòng)，估計(jì)刀具磨損，確定斷齒審視加工表面質(zhì)量（Choi et al. 2004; Minis et al1990;Lee and Tarng 1999;Huang and Chen 2000;Liang et al. 2004; Heynes 2007; Castro et a

9、l. 2006）。測力計(jì)，精確地測量切削力和扭矩在所需方向（Tangjitsitcharoen2006）。收集到的數(shù)據(jù)提供了有價(jià)值的信息的加工操作，完整的工具，甚至表面粗糙度的條件。然而，這種方法也有大量的初始投資成本，需要不斷地維護(hù)和加工系統(tǒng)（明等人，2005年-2006年;貝奈斯。施密茨等人2006年）的一部分必須考</p><p>　　在下面的章節(jié)中，提出的理論背景，計(jì)算工具，機(jī)械設(shè)計(jì)，集成系統(tǒng)的建議操作，

10、實(shí)驗(yàn)設(shè)置，結(jié)果和建議TbMM結(jié)束。</p><p><b>　　理論背景：</b></p><p>　　在本節(jié)中，標(biāo)準(zhǔn)差，方差，S-變換，Teager，凱澤算法術(shù)（TKA），壓電陶瓷的壓電材料和力測量的字符特征將簡要討論。在這項(xiàng)研究中的加工分析包（MAP）開發(fā)利用MATLAB的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析。數(shù)據(jù)的方差是用下面的公式計(jì)算</p><p>　　其

11、中，σ為標(biāo)準(zhǔn)偏差。習(xí)近平是具有n個(gè)樣品的數(shù)據(jù)。 x¯是對(duì)樣品的平均水平。很短的時(shí)間傅里葉變換（STFT）的x（t）的時(shí)間序列IZE視覺信號(hào)的時(shí)頻域特性的變化與下列公式計(jì)算：</p><p>　　其中，T和F的時(shí)間和頻率。 W表示數(shù)據(jù)的不同部分傅里葉變換（FT）的計(jì)算。這就是所謂的翻譯窗口。此窗口的位置是τ（次）。 STFT的時(shí)間和頻率分辨率的矛盾。斯托克韋爾（斯托克韋爾等，1996年）用一個(gè)特殊的窗口。

12、窗口的高度和寬度隨頻率的改變，同時(shí)獲得最佳的頻率和時(shí)域的決議：</p><p>　　方程的逆（3）提供了原始時(shí)間序列X（t），</p><p>　　S - 轉(zhuǎn)型提供了出色的信號(hào)特征信息;但是，它需要許多calculations.A簡單的微控制器或DSP可以在很短的時(shí)間內(nèi)不執(zhí)行的計(jì)算關(guān)系和分析。當(dāng)振動(dòng)的發(fā)展，增長幅度振蕩的結(jié)構(gòu)模式之一。 teager凱撒的混合進(jìn)化計(jì)算米（TKA）的弗蘭克排（

13、2010），Maragos等。 （1993年），Vakman（1996年）的純正弦波，通過使用下列公式計(jì)算的頻率和幅度：</p><p>　　其中，T為采樣間隔。其中，F(xiàn)和一個(gè)信號(hào)的頻率和振幅分別。</p><p>　　壓電材料產(chǎn)生時(shí)，其原始形狀改變施加張力，剪切或壓縮錫安（APC國際有限公司2002年）的費(fèi)用。所產(chǎn)生的費(fèi)用是成正比的應(yīng)變。稱重傳感器是建立適用于外部負(fù)載的一部分，他們的壓電

14、元件（2005年圖liola和比斯利。燕等人，2004年）。匹配電荷放大器可轉(zhuǎn)換成可測量的電壓根據(jù)選定的增益，線性化系統(tǒng)的特征，并提供用戶數(shù)時(shí)間常數(shù)的選擇，能夠更準(zhǔn)確地進(jìn)行靜態(tài)或動(dòng)態(tài)測量費(fèi)。壓電片已沒有收費(fèi)用于測量應(yīng)變振幅（Sirohi和喬普拉2000。Yenilmez等人，2007年）。在這種情況下，壓電元件，而不是只建立一個(gè)負(fù)責(zé)，就像一個(gè)能量收割機(jī)使用。降低成本，復(fù)雜性和重量測量系統(tǒng);然而，傳感器的響應(yīng)特性受到損害。壓電復(fù)合材料產(chǎn)生

15、大量的電荷，當(dāng)他們受到部隊(duì)（Yapici等，2007）。其特征的抽動(dòng)可能會(huì)有所調(diào)整，選擇密度和方向產(chǎn)生更多EF電力比傳統(tǒng)TRIC復(fù)合iently ...為能量收集應(yīng)用和應(yīng)變遙感（Yenilmez：等200for讀取數(shù)據(jù)的最佳選擇。不同長度，構(gòu)成較小的REP-7）。在這項(xiàng)研究中，地圖是使用MATLAB腳本在不同長度的讀取數(shù)據(jù)，執(zhí)行S-變換，光譜特性計(jì)算，估計(jì)從4個(gè)樣品的幅度和頻率使用，并</p><p>　　刀具剩

16、下的使用壽命估算程序推薦：</p><p>　　我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果確認(rèn)（請參閱詳情“與磨損的扭矩特性的變化”），扭矩增加的時(shí)間或后刀面磨損的增長標(biāo)準(zhǔn)差的增量。在這項(xiàng)研究中，采用由兩個(gè)直線的解析表達(dá)式，以防止使用任何指數(shù)或其他復(fù)雜的功能，這會(huì)增加處理器和程序的大小的計(jì)算負(fù)載。一個(gè)表達(dá)式所表示的關(guān)系從開始的過渡點(diǎn)，其余刀具壽命，而其他的表達(dá)。轉(zhuǎn)折點(diǎn)是在我們的測試工具壽命的2/3左右。該控制器的編程，唯一的開始，寧，過渡點(diǎn)

17、和刀具壽命結(jié)束的扭矩值是必要的。扭矩的標(biāo)準(zhǔn)偏差和刀具壽命之間的關(guān)系，用以下公式表示：</p><p>　　其中，T是扭矩。扭矩的標(biāo)準(zhǔn)偏差σ（T）表示。時(shí)間是t。 TTP對(duì)應(yīng)切廷那里的坡度標(biāo)準(zhǔn)差的變化。這一點(diǎn)，可以選擇約2/3的刀具壽命。在我們的例子中，我們選擇了TTP10560時(shí)的刀具壽命為14,400小號(hào)。其余的工具，生活在任何時(shí)間（tremaining生活）（t）是由下列公式??估計(jì)：</p>

18、<p>　　刀具壽命的tfull-life（T（TTP））是刀具壽命達(dá)到轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)的扭矩值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。要獲得方程的系數(shù)。 （9）和（10），用戶應(yīng)收集選定的切削實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)條件工具，直到完全耗盡。一旦刀具磨損，用戶將確定典型的刀具壽命。應(yīng)選擇的TTP2/3rd周圍的刀具壽命。應(yīng)計(jì)算的扭矩標(biāo)準(zhǔn)偏差三例實(shí)驗(yàn)的扭矩測量。這些是新的工具時(shí)，當(dāng)?shù)毒叩竭_(dá)TTP該工具完全耗盡。 A1和M1將計(jì)算分離自T = 0和T = TTP確定的標(biāo)準(zhǔn)偏差

19、值。同樣，A2和M2將計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差值確定為T = TTP和T= tfull系數(shù)計(jì)算該式。</p><p>　　可以用來估計(jì)在任何給定的Σ（T）值選定的切削條件下，保持刀具壽命。建議振動(dòng)檢測程序。建議振動(dòng)檢測算法過濾與高通濾波器，以消除刀刃加工活動(dòng)所造成的強(qiáng)迫振動(dòng)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)。顫振頻率是300赫茲以上，許多millifilter被選定在這項(xiàng)研究中，在250赫茲頻率和錯(cuò)誤操作時(shí)。截止頻率的信號(hào)四階巴特沃斯幅度估計(jì)，如果

20、它是一個(gè)純正弦波所使用。</p><p>　　旋轉(zhuǎn)式測力計(jì)TbMM附件，而他們固定到主軸和旋轉(zhuǎn)執(zhí)行加工操作過于復(fù)雜和實(shí)質(zhì)性運(yùn)行，關(guān)閉錯(cuò)誤預(yù)期。此外，通過壓電復(fù)合材料的電壓輸出外部測量suring的設(shè)備，而TbMM旋轉(zhuǎn)需要復(fù)雜的儀器，并有許多障礙。TbMM的目標(biāo)是處理旋轉(zhuǎn)設(shè)備上的數(shù)據(jù)，并只與固定站溝通時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。調(diào)查的TbMM直接的信號(hào)的特點(diǎn)，創(chuàng)建一個(gè)新的程序收集像一個(gè)固定的工具和旋轉(zhuǎn)工件的信號(hào)端銑。</p&

21、gt;<p>　　圖1:基于扭矩的加工顯示器的機(jī)械設(shè)計(jì)（TbMM）。設(shè)計(jì)（左）的上限和下限的一半，向上顯示壓電復(fù)合圓盤之間的半擴(kuò)展（右）</p><p>　　Piezoelectric composite：壓電復(fù)合材料</p><p>　　Roller bearing：滾子軸承</p><p>　　TbMM被連接到4組鉆孔測力機(jī)。工具是固定的另一端T

22、bMM。持有的TbMM鉆井測力計(jì)螺栓的銑床表。要生成扭矩信號(hào)端銑的操作類似，像管工件的準(zhǔn)備，減少中間。這程序提醒類似的方法，用于鉆井固定工具（呂康1993）的實(shí)驗(yàn)，然而，工件的幾何形狀被修改為模擬的跨rupting端銑操作的切割。幾何工件圖2。工件重視主軸。在加工，工件旋轉(zhuǎn)第二下移類似演習(xí)（圖3）。由于工作一塊有狀管，在底部的刀刃去掉了立銑刀端銑類似的芯片兩個(gè)相對(duì)較小的差異，為我們的操作應(yīng)用。第一個(gè)區(qū)別是我們的芯片厚度不變（圖4）。第

23、二個(gè)區(qū)別是缺少掘宗塔爾在端銑刀具的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。在我們的的情況下，刀具的切削刃尖不斷上升，相對(duì)工件。但是，一般的字符芯片acteristics非常相似，刀刃被打斷了類似的端銑操作。</p><p>　　綜合TbMM操作方法的建議：</p><p>　　TbMM運(yùn)作圖是預(yù)先給出圖5。由于外的TbMM電子雜志，唯一的計(jì)算工具和機(jī)械五金的焦點(diǎn)是已在本文討論。應(yīng)單獨(dú)使用資商業(yè)電子CIAL無線通信協(xié)議，

24、如WiFi或藍(lán)牙齒。另外一個(gè)紅外LED觸發(fā)將減少無線通信和干擾。</p><p>　　圖2:半管形工件設(shè)計(jì)，以創(chuàng)建中斷切削立銑刀的力量，而工件的旋轉(zhuǎn)加工。尺寸均為毫米</p><p>　　圖3:切割與固定工具，工件的半管端銑操作的模擬</p><p>　　Spindle ：主軸 </p><p>　　component drilling dy

25、namometer： 組件鉆井測力計(jì)</p><p>　　圖4:端銑（簡體）（左）與芯片比較。半管形工件的芯片具有恒定的厚度，并創(chuàng)建一個(gè)類似的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的3-D螺旋（右）</p><p>　　Tool positions at two subsequent rotations ：隨后的兩個(gè)旋轉(zhuǎn)的刀具位置</p><p>　　The drill like motion

26、 of the workpiece ：類似運(yùn)動(dòng)的工件鉆</p><p>　　圖5:監(jiān)測加工操作使用TbMM </p><p>　　Multi-spindle machine tool： 多主軸機(jī)床</p><p>　　Distributed transreceiver at the facility： 該設(shè)施的分布式收發(fā)信機(jī)</p><p>

27、;　　Local infrared signal transmitter： 本地紅外信號(hào)發(fā)射器</p><p>　　圖6:振動(dòng)的發(fā)生過程中的數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)裝置</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)裝置：</b></p><p>　　在這項(xiàng)研究中，三個(gè)??實(shí)驗(yàn)組獨(dú)立的測試收集相關(guān)數(shù)據(jù)。在第二實(shí)驗(yàn)組工作，振動(dòng)的發(fā)展進(jìn)行了監(jiān)測。第三組的實(shí)驗(yàn)研究擬議的低成

28、本機(jī)械部件的性能監(jiān)測的扭矩信號(hào)。</p><p>　　使用直徑10毫米觀察4立銑刀切削力和扭矩的變化，具有耐磨，采用AISI-1040鋼工件被切斷。主軸轉(zhuǎn)速為4,775 RPM。切割和步驟（徑向深度）深度為1毫米和3毫米。進(jìn)給速度為1,050毫米/分鐘。實(shí)驗(yàn)重復(fù)32次，直到工具磨損。奇石9123C1111轉(zhuǎn)動(dòng)測力計(jì)是連接到同一制造商5,223的信號(hào)conditionment PCMCI6034E數(shù)據(jù)采集卡使用。采

29、樣率ER和電荷放大器收集數(shù)據(jù)，全國儀器在實(shí)驗(yàn)中為10千赫。切削力和扭矩測量。在12秒長的加工周期在每個(gè)磨損水平的數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)每形成DECKEL MAHO DMU 60 P高高速數(shù)控銑床。研究振動(dòng)發(fā)展，鋁工件138.2毫米的長度和寬度122.25毫米，被切斷。部分的厚度為5毫米。當(dāng)部分是附著在桌子上，82.25毫米長的路段（平均）仍然可用于加工。加工板頂部有輕微的斜坡開始用0.5毫米的切割深度的切割操作，振動(dòng)和噪音制服的工具之前，留在7毫米

30、的深度切割工件與7毫米的沖程結(jié)束。實(shí)驗(yàn)裝置如圖6所示。實(shí)驗(yàn)中采用上一段所提到的測力機(jī)，機(jī)床，放大器和數(shù)據(jù)采集器。</p><p>　　圖7:實(shí)驗(yàn)裝置圖，獲得頻率響應(yīng)的TbMM .</p><p>　　Torque Arm extends outward in the z direction：在z方向向外延伸的扭矩臂Torque Analysis Device ：扭矩分析裝置，Voltage

31、 Amplifier ：電壓放大器Function Generator： 函數(shù)發(fā)生器，4 Component Dynamometer Table ：4分量測力計(jì)表，Composite Piezoelectric Sensor 復(fù)合壓電傳感器</p><p>　　Amplifier 放大器 ，Digital Oscilloscope數(shù)字示波器，6-pin Converter 6針轉(zhuǎn)換器，Charge Ampl

32、ifier電荷放大器，Microcomputer for Signal Processing微機(jī)信號(hào)處理</p><p>　　圖8 TbMM被固定的4個(gè)組成部分的測力計(jì)動(dòng)態(tài)測試和壓電制動(dòng)器激發(fā)</p><p>　　Torque Arm ：扭矩臂</p><p>　　圖9:TbMM和鉆井測力計(jì)加工測試</p><p>　　數(shù)控銑床測試建議Tb

33、MM概念。主軸轉(zhuǎn)速為2800 rpm的主軸與工件進(jìn)給速度為5（12.7毫米/分鐘）。切削力和扭矩測量采用Kistler9272型鉆井測力計(jì)。尼310與Integra10型數(shù)字示波器用于監(jiān)控和保存數(shù)據(jù)。從柱狀-CAL鋁6061與1.18（30毫米）直徑的工件被切斷。工件的內(nèi)部直徑為0.0787（2毫米）。立銑刀的直徑為1/8（3.175毫米）。實(shí)驗(yàn)裝置如圖片9所示。</p><p><b>　　結(jié)果與討論

34、：</b></p><p>　　本節(jié)將開始討論磨損和振動(dòng)的轉(zhuǎn)矩特性的變化。演算使用的文件建議的程序和建議機(jī)械的模擬控制器  設(shè)計(jì)也將被分別評(píng)估</p><p>　　圖10:在10個(gè)不同的磨損水平的扭矩信號(hào)的S-變換。時(shí)間軸被壓縮。獲得后，0,3,000，5,340，7620，9600，10560，11 10011,520，12300，S分別為13,320切割

35、測試之間的時(shí)間間隔忽略的信號(hào)</p><p>　　圖11:標(biāo)準(zhǔn)差的100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)長的段，建議用兩個(gè)線性近似分析模型。實(shí)驗(yàn)是在不同的時(shí)間間隔。 10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)偏差值計(jì)算在每個(gè)磨損的水平。他們出現(xiàn)在同一垂直線上，實(shí)驗(yàn)之間的時(shí)間間隔相比，在不同的磨損水平</p><p>　　Variation of moment with wear and linear estimation on edited

36、data ：磨損和編輯數(shù)據(jù)的線性估計(jì)的瞬間變化</p><p>　　扭矩特性的變化。為了簡化分析，有代表性的數(shù)據(jù)集是預(yù)先相比從第1000扭矩信號(hào)的磨損相關(guān)的實(shí)驗(yàn)樣本，4RD，7，...及其他 與31相同的序列測試。這些信號(hào)被收集后，工件被削減為0，3,000，5,340，7620，9600，10560，11 10011,520，12300，13,320和14160小號(hào)。此編輯11000點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

37、提出的第10次測試的信號(hào)轉(zhuǎn)換的S-圖10。時(shí)間頻譜表明，扭矩信號(hào)的幅度增加磨損。標(biāo)準(zhǔn)差的100個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)長相同的信號(hào)段是圖11。標(biāo)準(zhǔn)偏差也增加了磨損。建議從方程的線性近似線9）和（10）估計(jì)的合理準(zhǔn)確的扭矩信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差。相比于計(jì)算的光譜特性，扭矩信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)偏差是更加令人滿意的磨損和剩余刀具壽命的估計(jì)。</p><p><b>　　振動(dòng)的檢測</b></p><p>　

38、　切削力和扭矩的在振動(dòng)發(fā)展變化圖12所示。切削力信號(hào)的突然增加的斜坡可檢測振動(dòng)的開始時(shí)，扭矩600 Hz的頻率變化發(fā)展。濾波與高通濾波器截止頻率為250 Hz的信號(hào)，可減少整體扭矩信號(hào)的受迫振動(dòng)的影響。信號(hào)的頻率和幅度估計(jì)使用TKA。S-變換的扭矩情況如圖13所示。時(shí)間---頻率圖表明100和200赫茲左右的強(qiáng)迫振動(dòng)情況。扭矩信號(hào)的每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的平均值，和100頻率估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差的瞬時(shí)頻率估計(jì)圖14所示。由于TKA的純諧波信號(hào)的頻率估計(jì)，

39、幾乎符合隨機(jī)分布的估計(jì)頻率。</p><p>　　圖12:振動(dòng)的發(fā)展過程中的切削力和扭矩信號(hào)的變化</p><p>　　Cutting force variation during chatter development (feed direction) ，切割在數(shù)據(jù)發(fā)展（送紙方向）力變化</p><p>　　Torque signal variation duri

40、ng chatter development 振動(dòng)的發(fā)展過程中的扭矩信號(hào)變化</p><p>　　圖13:振動(dòng)的發(fā)展過程中的扭矩信號(hào)的S-變換</p><p>　　圖14:TKA的算法（上圖），平均（中圖）和100個(gè)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差的瞬時(shí)頻率估計(jì)指向數(shù)據(jù)段長</p><p>　　Instantaneous frequency estimation 瞬時(shí)頻率估計(jì)<

41、/p><p>　　Mean of the ins. frequency estimations 平均插件的頻率估計(jì)</p><p>　　Standard deviation of the ins. frequency estimations 插件的標(biāo)準(zhǔn)偏差頻率估計(jì)</p><p><b>　　該控制器的模擬性能</b></p><

42、;p>　　剩余刀具壽命估計(jì)計(jì)算“理論背景”，要評(píng)估的建議余下的刀具壽命估計(jì)程序的性能提出了程序后，一個(gè)新的具有代表性的數(shù)據(jù)集準(zhǔn)備加入從1000點(diǎn)段的第二，第五的數(shù)據(jù)8日，與其他具有相同的序列第32磨損相關(guān)測試。模擬控制器的話，估計(jì)剩下的這一套新的工具壽命從先前確定的兩個(gè)線性模型自動(dòng)設(shè)置而討論從第一次出現(xiàn)的數(shù)據(jù)。</p><p>　　工具的實(shí)際及估計(jì)剩余的使用壽命如圖15所示。估計(jì)精度是非常合理的，這個(gè)考慮的

43、程序的簡單性對(duì)于實(shí)施低成本的TbMM非常實(shí)用。</p><p>　　圖. 15 建議使用的余下的刀具壽命估計(jì)分析線性近似模型</p><p>　　提出的建議振動(dòng)檢測算法的性能如圖16所示。振動(dòng)指標(biāo)上升至1時(shí)TKA的頻率估計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)偏差低于某一臨界值下降的幅度和頻率計(jì)算，幅度的頻率的估算是基于平均值為100的TKA的估計(jì)。</p><p>　　圖. 16 振動(dòng)測算法的性

44、能。指標(biāo)（上），振幅（中）和頻率估計(jì)</p><p>　　Chatter indicator signal of the multi-conf. req. controller控制器振動(dòng)的指示信號(hào)</p><p>　　Chatter amplitude estimation of the multi-conf. req. controller控制器振動(dòng)的幅度估計(jì)</p>&l

45、t;p>　　Chatter frequency estimation of the multi-conf. req. controller控制器振動(dòng)的頻率估計(jì)</p><p>　　TbMM機(jī)械部件的性能 </p><p>　　TbMM被設(shè)計(jì)作為一種低成本的加工操作判斷工具。它預(yù)計(jì)及研究不會(huì)有測力計(jì)般準(zhǔn)確，且耗資超過30倍的商業(yè)TbMMs的目標(biāo)價(jià)格。然而，信號(hào)的TbMM的代表的特點(diǎn)可接

46、受的加工操作扭矩精度，允許軟件來檢測加工問題、振動(dòng)和刀具磨損等。</p><p>　　傳感器和測力計(jì)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)進(jìn)行了比較令人興奮的TbMM與piezoelec-TRIC執(zhí)行機(jī)構(gòu)。正如該系統(tǒng) “建議的振動(dòng)之三檢測程序“，壓電致動(dòng)器推杠桿而被連接到的TbMM的工具結(jié)束。TbMM被運(yùn)用到鉆井測力機(jī)的TbMM和測力計(jì)的信號(hào)進(jìn)行比較如圖17所示。表現(xiàn)出相似傳感器輸出的TbMM和鉆井測力計(jì)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)（電荷放大器后）的振幅

47、比如圖1所示8。可以看出，這比2和10之間變化。如果這個(gè)比例是恒定的，用簡單的大規(guī)模調(diào)整，這兩個(gè)信號(hào)是相同的。相同的輸出不能被預(yù)期，從TbMM和測力計(jì)加工操作過程中，它是明確的。</p><p>　　圖. 17 比較TbMM和4組件的測力計(jì)信號(hào)</p><p>　　圖. 18 180~680赫茲的頻率范圍內(nèi)傳感器和測力計(jì)扭矩輸出電壓比</p><p>　　TbMM傳

48、感器和鉆井 測力機(jī)的信號(hào)被收集在一個(gè)在其他學(xué)說所述的半加工</p><p>　　管形工件。所建議的振動(dòng)檢測兩個(gè)信號(hào)如圖19所示。實(shí)驗(yàn)分別設(shè)定的工件進(jìn)給速度和主軸轉(zhuǎn)速在2,800 rpm和5（12.7毫米/分鐘，每分鐘）。由于傳感器的特點(diǎn) 的TbMM和測力機(jī)是不是在頻率相同，信號(hào)不相同。我們相信，TbMM信號(hào)是足夠代表在加工操作的基礎(chǔ)上，比較兩個(gè)信號(hào)的判斷。預(yù)計(jì)的的總成本車間使用TbMM的監(jiān)測加

49、速度，位移或聲發(fā)射是相似的。在這種成本類別，TbMM提供更有意義的比用于判斷目的的上市傳感器的信息。最重要的是，  TbMM將可靠地工作，甚至當(dāng)多個(gè)主軸上執(zhí)行相同的工件同時(shí)加工操作。 FFT測力計(jì)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)和輸出傳感器的TbMM如圖20所示。在頻域信號(hào)的特點(diǎn)非常相似。我們假設(shè)測力計(jì)的信號(hào)輸入和TbMM作為一個(gè)系統(tǒng)的輸出信號(hào)的規(guī)模和階段的這樣一個(gè)系統(tǒng)傳遞函數(shù)的計(jì)算方法如圖21所示。兩個(gè)信號(hào)的連貫性（圖22）表示，特別是

50、在低頻率信號(hào)的相似性。</p><p>　　圖. 19 扭矩測力計(jì)和壓電復(fù)合材料</p><p>　　圖. 20 測力計(jì)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的FFT（上）和傳感器（下）的TbMM</p><p>　　Frequency content of Piezo Ceramic：壓電陶瓷頻率范圍</p><p>　　圖. 21 傳統(tǒng)的測力計(jì)和頻率響應(yīng)</p

51、><p>　　Magnitude (db)：幅度（DB）</p><p>　　圖. 22 傳統(tǒng)的扭矩信號(hào)之間的連貫估計(jì)</p><p>　　Coherence Estimate via Welch：韋爾奇連貫性預(yù)算</p><p><b>　　結(jié)論：</b></p><p>　　基于扭矩的加工監(jiān)視器（

52、TbMM）的計(jì)算和機(jī)械部件，提出監(jiān)測銑削操作。在余下的刀具壽命和振動(dòng)的檢測估計(jì)的計(jì)算工具，開發(fā)了基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證。機(jī)械組件的TbMM的信號(hào)研究的特點(diǎn)，提出一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)過程，以獲得類似銑削扭矩信號(hào)，無旋轉(zhuǎn)工具。專門設(shè)計(jì)的工件旋轉(zhuǎn)和向下移動(dòng)，以創(chuàng)建像立銑刀切削力，而工具是固定的代表。這種方法使銑削作業(yè)設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)式測力計(jì)測試，沒有把他們只是放在發(fā)展階段。同樣的步驟可以用來研究復(fù)雜的儀器，不能旋轉(zhuǎn)銑削操作。有些例子是立銑刀的表面熱分布測量與紅

53、外攝像機(jī)或測量 用激光測振儀的振動(dòng)變化。在這項(xiàng)研究中，TbMM鉆井測力機(jī)上安裝且被固定在機(jī)床工作臺(tái)。</p><p>　　計(jì)算機(jī)硬件的TBMM應(yīng)該是小而強(qiáng)大的工作，而在高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)與平衡的影響最小。如果TbMM生產(chǎn)線，它會(huì)磨損很快，需要約一年更換。因此，完整的硬件成本應(yīng)該是今天的研究系統(tǒng)的成本的一小部分。估計(jì)其余的刀具壽命和檢測振動(dòng)的建議計(jì)算工具是足夠簡單，使用商用DSP的快速計(jì)算。</p>

54、<p>　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，扭矩的標(biāo)準(zhǔn)差相關(guān)，其余的刀具壽命，可以使用兩個(gè)線性表達(dá)式估計(jì)。 TKA的算法被用來檢測振動(dòng)，相信提出TbMM概念將使低成本的工具，顯示器的發(fā)展為現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)施的諧波信號(hào)檢測。TKA的更新每個(gè)樣品占主導(dǎo)地位的頻率和幅度估計(jì)只有最后四個(gè)讀數(shù)。這種方法是更快，更好的分辨率，只要需要較少比任何其他方法計(jì)算的信號(hào)是一個(gè)純正弦波。</p><p>　　機(jī)械組件的TbMM的信號(hào)進(jìn)行了比較

55、研究測力機(jī)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)。興奮諧波轉(zhuǎn)矩信號(hào)時(shí)TbMM和測力計(jì)進(jìn)行測試的第一個(gè)系列。機(jī)械組件的TbMM的信號(hào)的幅度比測力機(jī)在不同的頻率信號(hào)要大2-10倍。雖然測力機(jī)的TbMM采用壓電材料，其設(shè)計(jì)原則是不同的。機(jī)械部件的TbMM扭矩傳感器的壓力轉(zhuǎn)換的目的是要?jiǎng)?chuàng)造最大的電力。壓電傳感器的復(fù)合材料，主要是用來作為能源。我們相信的TbMM的信號(hào)保真度以上的妥協(xié)設(shè)計(jì)，但足以最大限度地降低成本。我們決心不會(huì)是相同的研究級(jí)的旋轉(zhuǎn)式測力機(jī)的轉(zhuǎn)矩電壓信號(hào)TbM

56、M;然而，它用于判斷目的的準(zhǔn)確性將令人滿意。</p><p>　　使用所建議的實(shí)驗(yàn)銑削加工測試程序同意諧波勵(lì)磁測試的TbMM的機(jī)械部件和傳感器的鉆井測力機(jī)的轉(zhuǎn)矩信號(hào)的信號(hào)不相同，但他們的特點(diǎn)是相似的?？焖俑盗⑷~變換（FFT）的信號(hào)表明，這兩個(gè)信號(hào)捕獲加工操作過程中的扭矩變化的主導(dǎo)頻率。</p><p>　　擬議建立的模擬銑削信號(hào)的實(shí)驗(yàn)過程是非常方便的，信號(hào)傳遞到一個(gè)固定的基地，而無需使用昂

57、貴或復(fù)雜的手段進(jìn)行測試判斷設(shè)備旋轉(zhuǎn)。建議TbMM機(jī)械組件被發(fā)現(xiàn)加工操作的判斷是令人滿意的。可以完善的TbMM信號(hào)與數(shù)字信號(hào)處理的準(zhǔn)確性進(jìn)一步提高。然而，這種努力可能增加的成本，復(fù)雜性和重量打敗TbMM的目的。</p><p>　　我們相信提出TbMM概念將使低成本的工具、顯示器發(fā)展為現(xiàn)代化的生產(chǎn)設(shè)施。 TbMM可以監(jiān)測使用壓電元件的扭矩。其輸出可以連續(xù)采樣與一個(gè)振動(dòng)檢測的微控制器。定期可與紅外觸發(fā)信號(hào)評(píng)估而由G代

58、碼行執(zhí)行。一個(gè)模擬濾波器可以用來提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。對(duì)大眾而言，預(yù)計(jì)生產(chǎn)成本將是，每個(gè)TbMM1000美元以下。唯一需要的部分是一個(gè)加工中心，分發(fā)到地板的幾個(gè)中繼，和一個(gè)紅外線觸發(fā)器附加到每個(gè)機(jī)床的中央監(jiān)控站。設(shè)施中的信號(hào)強(qiáng)度將是最小的，因?yàn)橹挥挟?dāng)發(fā)現(xiàn)問題時(shí)，TbMMs才與監(jiān)控站溝通。即使在最苛刻的工作條件，TbMMs可進(jìn)行約一年的運(yùn)作。我們相信在這些報(bào)告的基礎(chǔ)上，這個(gè)概念是可行的。</p><p><b&g