外文翻譯--基本計算方法和機械硬件對機器工作的相關(guān)扭矩的判斷 中文版.doc

1JIntellManufDOI10.1007/s10845-011-0550-4基本計算方法和機械硬件對機器工作的相關(guān)扭矩的判斷I.N.TanselM.DemetgulK.BickrajB.KayaB.Ozcelik接稿:2011-3-28/刊發(fā):2011-6-9SpringerScience+BusinessMedia,LLC2011摘要：在工業(yè)中，當多主軸用于加工操作時，只有旋轉(zhuǎn)式測力計，可用于監(jiān)測。目前對于大多數(shù)的加工中心而言，商業(yè)輪轉(zhuǎn)式測力計笨重，昂貴。基本計算方法和機械硬件需要更小，更符合成本效益的基于轉(zhuǎn)矩加工監(jiān)視器（TbMM）。TbMM概念的目的是估計余下的刀具壽命，從內(nèi)擬議裝置的扭矩信號檢測振動，只有在出現(xiàn)問題時，中央計算機才與之與建立聯(lián)系。余下的刀具壽命估計和顫檢測算法的TbMM開發(fā)由商業(yè)輪轉(zhuǎn)機測力計收集的實驗數(shù)據(jù)分析。設(shè)計時，機械的TbMM的硬件產(chǎn)生的電壓與使用壓電復合元素的切削扭矩成正比。其余的刀具壽命估計從扭矩信號的標準差（或方差）獲得。Teager-Kaiser算術(shù)法（TKA）的過程檢測，只有一次性從四個樣品的基礎(chǔ)振動的頻率估計上獲得。機械組件的TbMM的信號的準確性這一特點，可以令人滿意的找到加工中的問題，如磨損和振動的估計。該TbMM是一個不錯的選擇，尤其是當多個主軸同時工作在同一工件。關(guān)鍵詞：刀具磨損估計振動檢測測力計基于扭矩的加工監(jiān)視器銑削多軸加工介紹：國際競爭迫使許多廠商使用多主軸機床，以提高生產(chǎn)率。國家的最先進的自動化技術(shù)，需要監(jiān)測的自動化生產(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)率和引進的的判斷方法卻需要實施低成本傳感器的多年工作（2002年Jeong和Chou）。在本文中，計算合理工具和機械扭矩為基礎(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算負荷。擬議TbMM元件的性能進行了評估在不同的實驗。今天，大多數(shù)廠家使用先進的數(shù)控銑床TanselBickraj機和車床，保持部分的質(zhì)量和運營的靈活性。多主軸數(shù)控機床已被廣泛采用，以進一步提升制造業(yè)Gale2004；Murray1998；Kamarthi1994）。這些機器使用多個獨立的活主軸，以執(zhí)行一些操作，如攻絲，銑，和鉆井同步（Korn2007）。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，振動和電機的電流（Dimla2000；RehornGebze技術(shù)研究所，Gebze,Kocaeli,Turkeyetal.2005；Juo2000；SteinandWang1990；Altintas1992；Leeetal.1995；KimandKimt1996）。使用不同的算法來檢測振動，估計刀具磨損，確2定斷齒審視加工表面質(zhì)量（Choietal.2004；Minisetal1990；LeeandTarng1999；HuangandChen2000；Liangetal.2004；Heynes2007；Castroetal.2006）。測力計，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）的一部分必須考慮eration測力計的動態(tài)。兩個對立的概念與理想傳遞函數(shù)測力計的設(shè)計要求完美的調(diào)整：最大的剛性，以保持最大的彈性最大的準確度（扭蛋等整個系統(tǒng)的動態(tài)1990年Tlusty等1987年至1997年；Lapujoulade。；Tounsi和奧托2000A，B）。其他一些監(jiān)測加工操作的低成本替代品，包括主軸的力傳感器（2002年軍等。），力量戒指（雅伯和Heyns2004），應變計（2006年Yaldz和Unsacar；Kim和Kim1997；施密茨等人2002。），壓電加速ometers（2006年Yaldz和Unsacar），壓電薄膜accelerometers（1997年Kim和Kim），彎梁式稱重傳感器（施密茨等，2002），軸位移測量工具可以安裝主軸和刀具之間的TbMM，需要比傳統(tǒng)測力計的工作空間明顯較小，并不需要支持組件。TbMM是設(shè)計到內(nèi)部的扭矩信號分析和溝通中央計算機，無線時才發(fā)現(xiàn)問題。唯一的計算工具和機械部件的TbMM本文介紹了。應設(shè)計為TbMM電子SEP-arately考慮現(xiàn)有的商業(yè)組件和合法的通信平臺。在下面的章節(jié)中，提出的理論背景，計算工具，機械設(shè)計，集成系統(tǒng)的建議操作，實驗設(shè)置，結(jié)果和建議TbMM結(jié)束。理論背景：在本節(jié)中，標準差，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。在這項研究中的加工分析包（MAP）開發(fā)利用MATLAB的實驗數(shù)據(jù)的分析。數(shù)據(jù)的方差是用下面的公式計算其中，為標準偏差。習近平是具有n個樣品的數(shù)據(jù)。x是對樣品的平均水平。很短的時間傅里葉變換（STFT）的x（t）的時間序列IZE視覺信號的時頻域特性的變化與下列公式計算：其中，T和F的時間和頻率。W表示數(shù)據(jù)的不同部分傅里葉變換（FT）的計算。這就是所謂的翻譯窗口。此窗口的位置是（次）。STFT的時間和頻率分辨率的矛盾。斯托克韋爾（斯托克韋爾等，1996年）用一個特殊的窗口。窗口的高度和寬度隨頻率的改變，同時獲得最佳的頻率和時域的決議：3方程的逆（3）提供了原始時間序列X（t），S-轉(zhuǎn)型提供了出色的信號特征信息；但是，它需要許多calculations.A簡單的微控制器或DSP可以在很短的時間內(nèi)不執(zhí)行的計算關(guān)系和分析。當振動的發(fā)展，增長幅度振蕩的結(jié)構(gòu)模式之一。teager凱撒的混合進化計算米（TKA）的弗蘭克排（2010），Maragos等。（1993年），Vakman（1996年）的純正弦波，通過使用下列公式計算的頻率和幅度：其中，T為采樣間隔。其中，F(xiàn)和一個信號的頻率和振幅分別。壓電材料產(chǎn)生時，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）的費用。所產(chǎn)生的費用是成正比的應變。稱重傳感器是建立適用于外部負載的一部分，他們的壓電元件（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)時間常數(shù)的選擇，能夠更準確地進行靜態(tài)或動態(tài)測量費。壓電片已沒有收費用于測量應變振幅（Sirohi和喬普拉2000。Yenilmez等人，2007年）。在這種情況下，壓電元件，而不是只建立一個負責，就像一個能量收割機使用。降低成本，復雜性和重量測量系統(tǒng)；然而，傳感器的響應特性受到損害。壓電復合材料產(chǎn)生大量的電荷，當他們受到部隊（Yapici等，2007）。其特征的抽動可能會有所調(diào)整，選擇密度和方向產(chǎn)生更多EF電力比傳統(tǒng)TRIC復合iently.為能量收集應用和應變遙感（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，光譜特性計算，估計從4個樣品的幅度和頻率使用，并模擬該控制器的輸出。此外，基本功能和信號處理工具箱的MATLAB軟件包被用于估計功率譜（快速傅立葉變換（FFT），平方的連貫性，頻率響應估計（信號處理2008）。刀具剩下的使用壽命估算程序推薦：4我們的實驗結(jié)果確認（請參閱詳情“與磨損的扭矩特性的變化”），扭矩增加的時間或后刀面磨損的增長標準差的增量。在這項研究中，采用由兩個直線的解析表達式，以防止使用任何指數(shù)或其他復雜的功能，這會增加處理器和程序的大小的計算負載。一個表達式所表示的關(guān)系從開始的過渡點，其余刀具壽命，而其他的表達。轉(zhuǎn)折點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，過渡點和刀具壽命結(jié)束的扭矩值是必要的。扭矩的標準偏差和刀具壽命之間的關(guān)系，用以下公式表示：其中，T是扭矩。扭矩的標準偏差（T）表示。時間是t。TTP對應切廷那里的坡度標準差的變化。這一點，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時的刀具壽命為14,400小號。其余的工具，生活在任何時間（tremaining生活）（t）是由下列公式估計：刀具壽命的tfull-life（T（TTP）是刀具壽命達到轉(zhuǎn)折點時的扭矩值的標準偏差。要獲得方程的系數(shù)。（9）和（10），用戶應收集選定的切削實驗數(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。應選擇的TTP2/3rd周圍的刀具壽命。應計算的扭矩標準偏差三例實驗的扭矩測量。這些是新的工具時，當?shù)毒叩竭_TTP該工具完全耗盡。A1和M1將計算分離自T=0和T=TTP確定的標準偏差值。同樣，A2和M2將計算標準偏差值確定為T=TTP和T=tfull系數(shù)計算該式。可以用來估計在任何給定的（T）值選定的切削條件下，保持刀具壽命。建議振動檢測程序。建議振動檢測算法過濾與高通濾波器，以消除刀刃加工活動所造成的強迫振動的轉(zhuǎn)矩信號。顫振頻率是300赫茲以上，許多millifilter被選定在這項研究中，在250赫茲頻率和錯誤操作時。截止頻率的信號四階