鋁合金高速干切削過(guò)程智能監控及工藝研究

　　行業(yè):

　　產(chǎn)品:

　　聲音與振動(dòng), PXI/CompactPCI, 軟件

　　挑戰:

　　采用很高的主軸轉速、刀具進(jìn)給速度以及不使用切削液，使得加工過(guò)程變得更加復雜和充滿(mǎn)變數，刀具的磨損、崩刃、溫度過(guò)高等危險性顯著(zhù)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，研究一套性能穩定功能齊全的在線(xiàn)加工過(guò)程監控系統成為一個(gè)挑戰。

　　解決方案:

　　通過(guò)虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境(LabVIEW)設計出具有信號實(shí)時(shí)采集和存儲、采集參數設置、信號動(dòng)態(tài)顯示、信號基本特征的實(shí)時(shí)抽取等基本功能的各類(lèi)虛擬儀器面板。對切削過(guò)程中各加工信號進(jìn)行可視化采集和綜合分析處理。

　　"虛擬儀器以計算機為統一的硬件平臺，配以具有測試和控制功能硬件接口卡，通過(guò)系統管理軟件的統一指揮調度來(lái)實(shí)現傳統測控儀器的功能。與傳統儀器相比，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、整體航空結構件加工周期很長(cháng)，如果加工過(guò)程中出現問(wèn)題，導致零件報廢，成本損失很大。另外出于安全性的考慮，相當一部分的高速機床主軸實(shí) 際轉速偏低，切削用量欠優(yōu)化，高速機床低速使用，一方面造成設備和機床功率的浪費，另一方面使高速主軸因長(cháng)期承受重載荷而壽命降低。但采用很高的主軸轉 速、刀具進(jìn)給速度以及不使用切削液，使得加工過(guò)程變得更加復雜和充滿(mǎn)變數，刀具的磨損、崩刃、溫度過(guò)高等危險性顯著(zhù)增加。所以對加工過(guò)程的在線(xiàn)監控，實(shí)時(shí) 掌握并控制加工進(jìn)程中的狀態(tài)，據此來(lái)研究、優(yōu)化工藝參數，預報和避免一些危險狀態(tài)的出現顯得尤為重要。

　　一、項目背景：

　　該課題是航空科學(xué)基金項目，項目編號：2007ZE56008。

　　我國自20世紀90年代初開(kāi)始高速切削技術(shù)方面的研究，工業(yè)發(fā)達國家在20世紀90年代中期把研究和開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)轉向了干加工。干式切削是指在切削加 工中不使用切削液的工藝方法。從目前國內外的情況來(lái)看，采用純粹的干切削特別是高速干切削還存在一定困難。因為沒(méi)有切削液,其冷卻、潤滑及排屑作用就會(huì )喪 失, 產(chǎn)生更多的摩擦和粘附現象,使得刀具壽命變短、生產(chǎn)效率降低。所以,其應用范圍還很有限。而傳統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(zhù)極為廣闊的應用前景。

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

　　建立了基于多傳感器的飛機結構件高速銑削過(guò)程監測軟硬件系統。對數據采集卡、傳感器(振動(dòng)、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據采集虛擬儀器系統。

　　用不同磨損狀態(tài)的銑刀，基于不同的切削參數和切削條件，對碳鋼、航空鋁合金材料進(jìn)行了多次高速銑削試驗;對所采集的信號進(jìn)行了時(shí)域、頻域和時(shí)-頻域 分析，總結了不同銑削狀態(tài)所對應的信號特征;基于Kolmogorov-Smimov檢驗理論(KS檢驗)，能夠對刀具磨損狀態(tài)進(jìn)行在線(xiàn)識別。