刀具工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、機(jī)床工業(yè)作為先進(jìn)制造技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域，正在向著高效、高精度的自動(dòng)化加工目標(biāo)發(fā)展，而切削刀具在切削加工過程中起著至關(guān)重要的作用，切削刀具的異常變化將直接影響加工精度和可靠性。因此，開發(fā)機(jī)床刀具工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)刀具加工過程中這兩種信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)就顯得尤為重要。
　　本文針對(duì)刀具加工過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)開發(fā)兩套智能監(jiān)測(cè)刀柄，分別監(jiān)測(cè)振動(dòng)信號(hào)和切削力/扭矩信號(hào)，將整個(gè)傳感系統(tǒng)集成在刀柄內(nèi)部，以無(wú)線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)回傳和電能供給。在數(shù)據(jù)傳輸方面

2、，通過分析振動(dòng)信號(hào)和切削力/扭矩信號(hào)的信號(hào)特征，確定功能指標(biāo)，并基于兩種核心微處理器分別設(shè)計(jì)信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集電路以及無(wú)線通信電路，搭建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件平臺(tái)。在此基礎(chǔ)之上，構(gòu)建監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸以及上位機(jī)對(duì)系統(tǒng)的控制功能，在上位機(jī)遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)地監(jiān)測(cè)這兩種刀具信號(hào)的波形，同時(shí)完成對(duì)采集數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。在電能傳輸方面，針對(duì)機(jī)床和刀柄的結(jié)構(gòu)及其高速旋轉(zhuǎn)的特殊工作狀態(tài)，確定應(yīng)用電磁諧振式無(wú)線供電方式。從接收端和發(fā)射端

3、線圈結(jié)構(gòu)與布局出發(fā)，建立“2發(fā)多收”的刀柄無(wú)線供電模型。針對(duì)發(fā)射模塊，設(shè)計(jì)方波發(fā)生電路、MOS管驅(qū)動(dòng)電路以及高頻逆變電路，實(shí)現(xiàn)直流到高頻交流的轉(zhuǎn)換。針對(duì)接收系統(tǒng)和負(fù)載設(shè)備的供電需求，設(shè)計(jì)整流濾波電路和電源管理電路，實(shí)現(xiàn)了高頻交流到多路直流的轉(zhuǎn)換，為刀柄內(nèi)所有傳感系統(tǒng)提供穩(wěn)定直流電源。
　　在驗(yàn)證系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸與電能傳輸各節(jié)點(diǎn)設(shè)備性能的基礎(chǔ)之上，對(duì)整個(gè)刀具監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際的功能測(cè)試和性能分析，實(shí)現(xiàn)通過上位機(jī)對(duì)這兩種信號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)的