[發明專利]一種超聲切削主軸狀態監測系統的監測方法

有效

• 申請號: 201410331646.8
• 申請日: 2014-07-11
• 公開（公告）號: CN104128845B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 胡小平;趙志磊;于保華;葉紅仙;紀華偉;李旭龍
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙)33240
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明涉及一種狀態監測系統及方法，特別是一種超聲切削主軸狀態監測系統及方法。

背景技術

蜂窩復合材料具有極佳的抗壓、抗彎特性和超輕型的結構，不易變形，不易開裂和斷裂，并具有減震、隔音、隔熱和極強的耐候性等優點。在航空航天、軍事、電子、汽車和生物工程等領域正得到越來越廣泛的應用，并且不斷地向新的領域擴展。

隨著近幾十年超聲加工技術的發展，我國在蜂窩復合材料切削機理、刀具材料、刀具結構、加工工藝、表面質量評價技術等方面取得了很多有益的成果。浙江大學機械工程系的謝坤等人對紙基蜂窩零件的新加工工藝研究。中航工業成飛數控加工廠高濤等人對超聲波機床的蜂窩芯數控加工技術的研究。浙江大學劉剛對紙基蜂窩芯零件高速銑削加工固持系統的研究。

然而蜂窩復合材料超聲切削加工過程中的可靠性研究相對較少，缺乏一套完整的對超聲切削主軸綜合故障參數的監測裝置以及監測方法。因此，對超聲切削主軸系統的狀態監測，對提高加工過程的可靠性、安全性，提高加工質量、加工效率具有十分重要的作用。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種能夠實時、準確、快速的監測超聲切削主軸狀態的超聲切削主軸狀態監測系統及方法。

一種超聲切削主軸狀態監測系統，包括PCM-3362N-S6A1E主板、PCH2155數據采集卡、10.4SVGA?TFT?LCD顯示屏和傳感器。主板與PCH2155數據采集卡之間通過PCI104總線連接，即通過120針2mm孔堆棧插座連接，10.4SVGA?TFT?LCD顯示屏驅動單元通過VGA接口與主版相連來驅動觸摸屏，觸摸屏用于完成各界面之間的相互切換、閥值參數的設置和動態曲線的顯示。傳感器與采集卡之間用杜邦線連接，傳感器采集到主軸系統的電壓、電流、溫度信號，經過數據采集卡進行A/D轉換，然后將數據傳送到PCM-3362N-S6A1E主板，主板再通過VGA接口將數據傳送到10.4寸顯示屏，顯示屏來顯示采集到的數據，判別系統狀態。

一種超聲切削主軸狀態監測方法，具體包含以下步驟：

步驟一：數據采集卡校準。

安裝好采集卡PCH2155，打開電源，預熱15分鐘后對其進行零點校準和滿度調節。

步驟二：數據采集。將電壓、電流傳感器分別接在超聲切削主軸系統的超聲發生器的輸出導線上，第一接觸式溫度傳感器固定于變幅桿所位于的法蘭處，第二接觸式溫度傳感器用螺栓固定于發生器內部的功率管處，非接觸式溫度傳感器的感應接頭正對換能器的外側面，非接觸式溫度傳感器的感應接頭與換能器的外側面水平距離為8-10cm；打開超聲發生器的電源開關，設置發生器的工作頻率在20KHZ，點擊啟動，使超聲切削主軸系統處于工作狀態。待主軸系統工作1—2分鐘后開始利用傳感器采集溫度、電壓、電流相關數據。

步驟三：A/D轉換。傳感器將采集到的溫度、電壓、電流數據以電壓量的形式傳送到數據采集卡PCH2155.采集卡接收到數據后進行A/D轉換。

步驟四：將轉換后的數據傳送到主板PCM3362。

步驟五：數據處理。PCM3362主板對傳送過來的溫度數據，首先進行濾波，然后利用公式T＝t/0.01進行計算，t表示傳感器傳送給主板的溫度值，得到主軸系統工作中監測點的溫度真值T。對傳送過來的電流電壓數據，利用正交相關變換，計算得到阻抗角。正交相關變換計算得到阻抗角的步驟具體如下：

(1)首先在τ＝0和τ＝1條件下實時獲取變化后的信號頻率f₁，τ表示時間常數；

(2)通過變化后的信號頻率f₁計算角度偏差α

???①

其中，f₁是步驟一中獲取的頻率，f_s為采樣頻率，溫度的采樣頻率為2HZ，電壓電流的采樣頻率為100KHZ，N₀為正整數；

(3)修正u₁(t)與u₂(t)互為正交相關

換能器電壓數字量和電流數字量分別做時間常數等于0和1的相關計算，其運算結果如下公式: