自由曲面CNC加工过切的小波分析
模具制造中大量使用数控机床、加工中心等设备。 制造周期长。 操作人员容易疲劳。 一旦发生故障，往往从人的感知到采取相应措施需要几秒钟的时间，这可能会导致产品报废，造成严重的经济损失。 关于一般零件加工中刀具破损及加工故障诊断的国内外研究报告较多。 其中大部分集中在声发射、切削力或振动监测等方面，取得了很大进展。 然而，处理是复杂的。 具有自由曲面特征的模具和其他工件仍然缺乏有效的监控技术。 原因是过切信号难以识别。 另一个是提供实时监控的有效手段。 本文使用当前的信号处理工具——小波分析。 对原始信号的不同时间段和频段进行“聚焦”扫描，从时频空间准确提取过切信号。 1 小波分析概念小波分析是傅立叶分析的发展。 它使用了徐树新等人：自由曲面数控加工过切的小波分析，采用弹性小波基函数kb(t)作为积分变换函数。 对于不同的频率，根据尺度参数a的伸缩，分析检测高频特性时自动改变时间窗（a减小），分析检测低频特性（a增大）时，时窗自动加宽，频窗自动变窄，实现了不同时间段时频窗的自适应变化。 基函数可以改变。 沿时间轴滑动，随时分析信号的任何细节。
2 自由曲面加工中过切信号的小波分析原理。 在CNC加工中，刀具端面与工件表面的相交称为过切。 属于异常切割。 当工件的自由曲面过切时，切削力突然发生变化，导致切削功率发生变化，驱动刀具的电机电流也随之发生变化。 因此，监测电机电流随切削力的变化可以间接监测刀具状态，并从主轴电机中提取电流信号。 最简单的方法是使用串联电阻执行 I/。 U转换，以电压的形式输出，但电阻的加入改变了电机本身的负载特性，降低了测量的精度。 此外，电阻两端连接的其他仪表必须进行等效变换，使其电位悬空，这无疑增加了测量系统的复杂性。 鉴于此，本文采用磁平衡霍尔电流传感器。 传感器本身连接到直流电源。 霍尔元件内部会产生磁场。 当电机的电流输入端连接到传感器时，在其输出端产生电流。 它在霍尔元件内部产生平衡磁场。 如果电机电流发生变化，平衡磁场会受到影响。 为了达到新的平衡，必须相应地改变输出电流。 由于霍尔元件在输入和输出之间具有良好的线性关系，其输出信号的波动可以间接反映电机电流的变化。 设置输出信号为f(t)，则f(t)的连续小波变换可以定义为f(t)与,)(的内积的多分辨率近似，对应的尺度函数为1，所以V/空间的基函数也应该位于V/+i空间中，因此可以使用V/+i空间的正则正交基分别表示V的正交投影中1和2'的近似/+i 和 V/。 根据投影定理，分辨率2的细节信号应该是原始信号在V/约V+1的正交互补空间上的正交投影。 设这个正交互补空间为W/，即W/空间2/(x -2/n)的基函数也应位于V/+i空间，故正则正交基公式(5)中V+1空间也可以用来表示信号/(t)GV+1，那么上面的公式就可以看出f(t的离散逼近Af)可以从更高层次的离散逼近Ad+i/通过过滤器。 f(t) 的细节信号 D/f 也可以从更高级别的离散近似 Ad+i/pass another filter 中获得。 滤波器 h(n)g(n) 由标度函数 h(t) 和小波函数 ⑴ 的内积定义。
对于计算机采样的数字信号，二进信号是小的过切。 刀具2工件容易发生。 为了简化测试过程，同时兼顾过切的基本特点，本文进行了如图所示的过切模拟试验。 采样频率为1kHz。 3.1过切试验的试验条件如下：铣刀直径8mm，切削深度1mm，主轴转速n=500r/min，进给速度v=150mm /min，过切深度Hg=0.05mm，工件材料为A3钢，刀具材料为高速钢。 测得的信号如过切信号和小波分解中的S所示。 可以看出时域信号比较复杂，没有明显的过切特征。 例如，在频域观察时，由于缺乏时域定位，无法实现实时监测。 的目标。 因此，对原始测量信号进行小波分解，变换结果列在变换结果中。 从变换结果可以看出，发生过切时，小尺度（高频）上的反射不明显，但在第四尺度上过切特征明显。 说明在实际监测中，可以在这个尺度上设置一个阈值来识别切削状态，其横切点在小波变换图中的两个时频方向都准确定位，便于实时监测. 3.2 横切试验两种试验工况：铣刀直径为10mm，切削深度=0.5mm，主轴转速n=500r/min，进给速度v=150mm/min，过切深度Q1mm，工件材料为A潮，刀具材料为从图中可以看出高速钢实测信号及其小波分解。 从图中可以看出，在高频范围内过切点并不明显。 同样在第四个刻度上，过切特征也清楚地显示出来。 4 结论小波变换为信号的时频定位提供了数学基础，采用小波分析方法，可以同时从时域和频域对信号进行分析，对点进行精确的时频定位出于兴趣。 在工件自由曲面的数控加工中，过切是一种常见的失效形式。 入口点包含丰富的频率信息，但仅从时域观测很难获得过切的相关信息。 小波分析可以观察不同时间、不同片段的信号，可以准确提取频率突变点的各种信息。 说明当时空间使用“聚焦”扫描观察过切信息。 虽然在某些频段反射不明显，但在其他频段，小波系数值明显突出，可以有效地实时识别刀具的切削状态。
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