挑戰(zhàn):
      采用很高的主軸轉(zhuǎn)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(fù)雜和充滿(mǎn)變數(shù)，刀具的磨損、崩刃、溫度過(guò)高等危險(xiǎn)性顯著增加。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(wěn)定功能齊全的在線加工過(guò)程監(jiān)控系統(tǒng)成為一個(gè)挑戰(zhàn)。

      解決方案:
      通過(guò)虛擬儀器軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境(LabVIEW)設(shè)計(jì)出具有信號(hào)實(shí)時(shí)采集和存儲(chǔ)、采集參數(shù)設(shè)置、信號(hào)動(dòng)態(tài)顯示、信號(hào)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(duì)切削過(guò)程中各加工信號(hào)進(jìn)行可視化采集和綜合分析處理。
      "虛擬儀器以計(jì)算機(jī)為統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，配以具有測(cè)試和控制功能硬件接口卡，通過(guò)系統(tǒng)管理軟件的統(tǒng)一指揮調(diào)度來(lái)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)測(cè)控儀器的功能。與傳統(tǒng)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(shì)。"

      介紹：
      目前大型、整體航空結(jié)構(gòu)件加工周期很長(zhǎng)，如果加工過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致零件報(bào)廢，成本損失很大。另外出于安全性的考慮，相當(dāng)一部分的高速機(jī)床主軸實(shí) 際轉(zhuǎn)速偏低，切削用量欠優(yōu)化，高速機(jī)床低速使用，一方面造成設(shè)備和機(jī)床功率的浪費(fèi)，另一方面使高速主軸因長(zhǎng)期承受重載荷而壽命降低。但采用很高的主軸轉(zhuǎn) 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(fù)雜和充滿(mǎn)變數(shù)，刀具的磨損、崩刃、溫度過(guò)高等危險(xiǎn)性顯著增加。所以對(duì)加工過(guò)程的在線監(jiān)控，實(shí)時(shí) 掌握并控制加工進(jìn)程中的狀態(tài)，據(jù)此來(lái)研究、優(yōu)化工藝參數(shù)，預(yù)報(bào)和避免一些危險(xiǎn)狀態(tài)的出現(xiàn)顯得尤為重要。
 

      一、項(xiàng)目背景：
      該課題是航空科學(xué)基金項(xiàng)目，項(xiàng)目編號(hào)：2007ZE56008。
      我國(guó)自20世紀(jì)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(dá)國(guó)家在20世紀(jì)90年代中期把研究和開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)轉(zhuǎn)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(guó)內(nèi)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?yàn)闆](méi)有切削液,其冷卻、潤(rùn)滑及排屑作用就會(huì)喪 失, 產(chǎn)生更多的摩擦和粘附現(xiàn)象,使得刀具壽命變短、生產(chǎn)效率降低。所以,其應(yīng)用范圍還很有限。而傳統(tǒng)的濕式切削又有諸多不足。因此介于兩者之間的比較少量潤(rùn)滑技 術(shù)MQL有著極為廣闊的應(yīng)用前景。
      目前國(guó)內(nèi)外在高速切削和干切削方面的研究主要側(cè)重在刀具材料、涂層、裝夾以及機(jī)床等方向。在加工過(guò)程監(jiān)控方面重視不夠。本項(xiàng)目主要對(duì)高速干切削（采用MQL）過(guò)程用多種傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)其進(jìn)行主動(dòng)模糊控制。
      建立了基于多傳感器的飛機(jī)結(jié)構(gòu)件高速銑削過(guò)程監(jiān)測(cè)軟硬件系統(tǒng)。對(duì)數(shù)據(jù)采集卡、傳感器（振動(dòng)、功率、溫度）型號(hào)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(shù)據(jù)采集虛擬儀器系統(tǒng)。
      用不同磨損狀態(tài)的銑刀，基于不同的切削參數(shù)和切削條件，對(duì)碳鋼、航空鋁合金材料進(jìn)行了多次高速銑削試驗(yàn)；對(duì)所采集的信號(hào)進(jìn)行了時(shí)域、頻域和時(shí)-頻域 分析，總結(jié)了不同銑削狀態(tài)所對(duì)應(yīng)的信號(hào)特征；基于Kolmogorov-Smimov檢驗(yàn)理論(KS檢驗(yàn))，能夠?qū)Φ毒吣p狀態(tài)進(jìn)行在線識(shí)別。
 

      二、系統(tǒng)整體框架簡(jiǎn)介
      整個(gè)系統(tǒng)分為硬件平臺(tái)（實(shí)驗(yàn)平臺(tái)）和軟件平臺(tái)（開(kāi)發(fā)環(huán)境及應(yīng)用環(huán)境）兩部分。
1、硬件平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
系統(tǒng)總體硬件框圖如下：

  
圖1 系統(tǒng)總體硬件框圖

      由圖1可以看出硬件部分主要由振動(dòng)傳感器、溫度傳感器、功率傳感器、信號(hào)調(diào)理模塊、MQL系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集卡等組成。
      該系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集卡PCI-6220通過(guò)各個(gè)傳感器分別采集到高速干切削加工過(guò)程中的振動(dòng)信號(hào)、溫度和功率信號(hào)，將采集到的信號(hào)反饋到主控計(jì)算 機(jī)，由預(yù)先編制好的虛擬儀器（LabVIEW）程序進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理提取其特征值并存儲(chǔ)，通過(guò)LabVIEW程序中的模糊控制模塊間接控制MQL系統(tǒng)以實(shí) 現(xiàn)冷卻潤(rùn)滑物噴射到干切削工作臺(tái)的流速大小，從而完成整套閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)參見(jiàn)圖2：

 
圖2 系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)

 
      2、軟件平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
      2.1 系統(tǒng)軟件框架
      基于LABVIEW平臺(tái)構(gòu)建信號(hào)采集、顯示、存儲(chǔ)、分析的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)。軟件設(shè)計(jì)采用了面向組件的設(shè)計(jì)思想，把一個(gè)完整的程序分成若干個(gè)功能相 對(duì)獨(dú)立的較小的程序模塊抽象出來(lái)，各個(gè)程序模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)、編制和調(diào)試，比較后再將各個(gè)模塊鏈接起來(lái)總調(diào)，采用DMA處理方式保證了刀具狀態(tài)識(shí)別的實(shí)時(shí) 性。系統(tǒng)由以下組件組成：系統(tǒng)初始化和自檢模塊，參數(shù)設(shè)置模塊（傳感器參數(shù)、通道增益及采樣頻率和采樣點(diǎn)數(shù)等設(shè)置），信號(hào)分析與處理模塊，數(shù)據(jù)管理與診斷 模塊和模糊控制模塊等。

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