外文翻译--基本计算方法和机械硬件对机器工作的相关扭矩的判断 中文版.doc

1JIntellManufDOI10.1007/s10845-011-0550-4基本计算方法和机械硬件对机器工作的相关扭矩的判断I.N.Tansel·M.Demetgul·K.Bickraj·B.Kaya·B.Ozcelik接稿:2011-3-28/刊发:2011-6-9©SpringerScience+BusinessMedia,LLC2011摘要：在工业中，当多主轴用于加工操作时，只有旋转式测力计，可用于监测。目前对于大多数的加工中心而言，商业轮转式测力计笨重，昂贵。基本计算方法和机械硬件需要更小，更符合成本效益的基于转矩加工监视器（TbMM）。TbMM概念的目的是估计余下的刀具寿命，从内拟议装置的扭矩信号检测振动，只有在出现问题时，中央计算机才与之与建立联系。余下的刀具寿命估计和颤检测算法的TbMM开发由商业轮转机测力计收集的实验数据分析。设计时，机械的TbMM的硬件产生的电压与使用压电复合元素的切削扭矩成正比。其余的刀具寿命估计从扭矩信号的标准差（或方差）获得。Teager-Kaiser算术法（TKA）的过程检测，只有一次性从四个样品的基础振动的频率估计上获得。机械组件的TbMM的信号的准确性这一特点，可以令人满意的找到加工中的问题，如磨损和振动的估计。该TbMM是一个不错的选择，尤其是当多个主轴同时工作在同一工件。关键词：刀具磨损估计·振动检测·测力计·基于扭矩的加工监视器·铣削·多轴加工介绍：国际竞争迫使许多厂商使用多主轴机床，以提高生产率。国家的最先进的自动化技术，需要监测的自动化生产流程，以保持质量。研究界不断发现新的方法来提高生产率和引进的的判断方法却需要实施低成本传感器的多年工作（2002年Jeong和Chou）。在本文中，计算合理工具和机械扭矩为基础的加工监视器（TbMM）的硬件介绍。所有成分旨在保持在最低的成本和计算负荷。拟议TbMM元件的性能进行了评估在不同的实验。今天，大多数厂家使用先进的数控铣床Tansel·Bickraj机和车床，保持部分的质量和运营的灵活性。多主轴数控机床已被广泛采用，以进一步提升制造业Gale2004；Murray1998；Kamarthi1994）。这些机器使用多个独立的活主轴，以执行一些操作，如攻丝，铣，和钻井同步（Korn2007）。工程师们已经安装传感器来以监测刀具状态和零件质量，测量温度，力，振动和电机的电流（Dimla2000；RehornGebze技术研究所，Gebze,Kocaeli,Turkeyetal.2005；Juo2000；SteinandWang1990；Altintas1992；Leeetal.1995；KimandKimt1996）。使用不同的算法来检测振动，估计刀具磨损，确2定断齿审视加工表面质量（Choietal.2004；Minisetal1990；LeeandTarng1999；HuangandChen2000；Liangetal.2004；Heynes2007；Castroetal.2006）。测力计，精确地测量切削力和扭矩在所需方向（Tangjitsitcharoen2006）。收集到的数据提供了有价值的信息的加工操作，完整的工具，甚至表面粗糙度的条件。然而，这种方法也有大量的初始投资成本，需要不断地维护和加工系统（明等人，2005年-2006年；贝奈斯。施密茨等人2006年）的一部分必须考虑eration测力计的动态。两个对立的概念与理想传递函数测力计的设计要求完美的调整：最大的刚性，以保持最大的弹性最大的准确度（扭蛋等整个系统的动态1990年Tlusty等1987年至1997年；Lapujoulade。；Tounsi和奥托2000A，B）。其他一些监测加工操作的低成本替代品，包括主轴的力传感器（2002年军等。），力量戒指（雅伯和Heyns2004），应变计（2006年Yaldz和Unsacar；Kim和Kim1997；施密茨等人2002。），压电加速ometers（2006年Yaldz和Unsacar），压电薄膜accelerometers（1997年Kim和Kim），弯梁式称重传感器（施密茨等，2002），轴位移测量工具可以安装主轴和刀具之间的TbMM，需要比传统测力计的工作空间明显较小，并不需要支持组件。TbMM是设计到内部的扭矩信号分析和沟通中央计算机，无线时才发现问题。唯一的计算工具和机械部件的TbMM本文介绍了。应设计为TbMM电子SEP-arately考虑现有的商业组件和合法的通信平台。在下面的章节中，提出的理论背景，计算工具，机械设计，集成系统的建议操作，实验设置，结果和建议TbMM结束。理论背景：在本节中，标准差，方差，S-变换，Teager，凯泽算法术（TKA），压电陶瓷的压电材料和力测量的字符特征将简要讨论。在这项研究中的加工分析包（MAP）开发利用MATLAB的实验数据的分析。数据的方差是用下面的公式计算其中，为标准偏差。习近平是具有n个样品的数据。x¯是对样品的平均水平。很短的时间傅里叶变换（STFT）的x（t）的时间序列IZE视觉信号的时频域特性的变化与下列公式计算：其中，T和F的时间和频率。W表示数据的不同部分傅里叶变换（FT）的计算。这就是所谓的翻译窗口。此窗口的位置是（次）。STFT的时间和频率分辨率的矛盾。斯托克韦尔（斯托克韦尔等，1996年）用一个特殊的窗口。窗口的高度和宽度随频率的改变，同时获得最佳的频率和时域的决议：3方程的逆（3）提供了原始时间序列X（t），S-转型提供了出色的信号特征信息；但是，它需要许多calculations.A简单的微控制器或DSP可以在很短的时间内不执行的计算关系和分析。当振动的发展，增长幅度振荡的结构模式之一。teager凯撒的混合进化计算米（TKA）的弗兰克排（2010），Maragos等。（1993年），Vakman（1996年）的纯正弦波，通过使用下列公式计算的频率和幅度：其中，T为采样间隔。其中，F和一个信号的频率和振幅分别。压电材料产生时，其原始形状改变施加张力，剪切或压缩锡安（APC国际有限公司2002年）的费用。所产生的费用是成正比的应变。称重传感器是建立适用于外部负载的一部分，他们的压电元件（2005年图liola和比斯利。燕等人，2004年）。匹配电荷放大器可转换成可测量的电压根据选定的增益，线性化系统的特征，并提供用户数时间常数的选择，能够更准确地进行静态或动态测量费。压电片已没有收费用于测量应变振幅（Sirohi和乔普拉2000。Yenilmez等人，2007年）。在这种情况下，压电元件，而不是只建立一个负责，就像一个能量收割机使用。降低成本，复杂性和重量测量系统；然而，传感器的响应特性受到损害。压电复合材料产生大量的电荷，当他们受到部队（Yapici等，2007）。其特征的抽动可能会有所调整，选择密度和方向产生更多EF电力比传统TRIC复合iently.为能量收集应用和应变遥感（Yenilmez：等200for读取数据的最佳选择。不同长度，构成较小的REP-7）。在这项研究中，地图是使用MATLAB脚本在不同长度的读取数据，执行S-变换，光谱特性计算，估计从4个样品的幅度和频率使用，并模拟该控制器的输出。此外，基本功能和信号处理工具箱的MATLAB软件包被用于估计功率谱（快速傅立叶变换（FFT），平方的连贯性，频率响应估计（信号处理2008）。刀具剩下的使用寿命估算程序推荐：4我们的实验结果确认（请参阅详情“与磨损的扭矩特性的变化”），扭矩增加的时间或后刀面磨损的增长标准差的增量。在这项研究中，采用由两个直线的解析表达式，以防止使用任何指数或其他复杂的功能，这会增加处理器和程序的大小的计算负载。一个表达式所表示的关系从开始的过渡点，其余刀具寿命，而其他的表达。转折点是在我们的测试工具寿命的2/3左右。该控制器的编程，唯一的开始，宁，过渡点和刀具寿命结束的扭矩值是必要的。扭矩的标准偏差和刀具寿命之间的关系，用以下公式表示：其中，T是扭矩。扭矩的标准偏差（T）表示。时间是t。TTP对应切廷那里的坡度标准差的变化。这一点，可以选择约2/3的刀具寿命。在我们的例子中，我们选择了TTP10560时的刀具寿命为14,400小号。其余的工具，生活在任何时间（tremaining生活）（t）是由下列公式估计：刀具寿命的tfull-life（T（TTP）是刀具寿命达到转折点时的扭矩值的标准偏差。要获得方程的系数。（9）和（10），用户应收集选定的切削实验数据条件工具，直到完全耗尽。一旦刀具磨损，用户将确定典型的刀具寿命。应选择的TTP2/3rd周围的刀具寿命。应计算的扭矩标准偏差三例实验的扭矩测量。这些是新的工具时，当刀具到达TTP该工具完全耗尽。A1和M1将计算分离自T=0和T=TTP确定的标准偏差值。同样，A2和M2将计算标准偏差值确定为T=TTP和T=tfull系数计算该式。可以用来估计在任何给定的（T）值选定的切削条件下，保持刀具寿命。建议振动检测程序。建议振动检测算法过滤与高通滤波器，以消除刀刃加工活动所造成的强迫振动的转矩信号。颤振频率是300赫兹以上，许多millifilter被选定在这项研究中，在250赫兹频率和错误操作时。截止频率的信号四阶巴特沃斯幅度估计，如果它是一个纯正弦波所使用。旋转式测力计TbMM附件，而他们固定到主轴和旋转执行加工操作过于复杂和实质性运行，关闭错误预期。此外，通过压电复合材料的电压输出外部测量suring的设备，而TbMM旋转需要复杂的仪器，并有许多障碍。TbMM的目标是处理旋转设备上的数据，并只与固定站沟通时发现问题。调查的TbMM直接的信号的特点，创建一个新的程序收集像一个固定的工具和旋转工件的信号端铣。