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自由曲面CNC加工におけるオーバーカットのウェーブレット解析

Posted by: Fymicohuang 2021-07-30 自由曲面CNC加工におけるオーバーカットのウェーブレット解析 はコメントを受け付けていません

金型製造には、CNC工作機械やマシニングセンターなど多数の設備が使用されています。 製造サイクルは長いです。 オペレーターは疲れやすいです。 故障が発生すると、人間が認識してから対応する対策を講じるのに数秒かかることが多く、製品のスクラップにつながる可能性があり、深刻な経済的損失を引き起こします。 一般的な部品加工における工具の破損や機械加工の故障診断に関する国内外の研究報告が多数あります。 それらのほとんどは、アコースティックエミッション、切削力、振動監視などに集中しており、大きな進歩を遂げています。 ただし、処理は複雑です。 自由曲面特性を備えた金型やその他のワークピースには、効果的な監視技術がまだ不足しています。 その理由は、オーバーカット信号を認識しにくいためです。 もう1つは、リアルタイム監視のための効果的な手段を提供することです。 この記事では、現在の信号処理ツールであるウェーブレット分析を使用します。 「集中」スキャンは、元の信号のさまざまな期間と周波数帯域で実行され、時間-周波数空間からオーバーカット信号を正確に抽出します。 XNUMXウェーブレット解析の概念ウェーブレット解析は、フーリエ解析を発展させたものです。 Xu Shuxin et al。を使用します。自由曲面数値制御処理中のオーバーカットのウェーブレット解析弾性ウェーブレット基底関数kb(t)が積分変換関数として使用されます。 周波数が異なる場合、スケールパラメータaの伸縮に応じて高周波特性を解析・検出すると時間枠が自動的に変化します(aが小さくなります)低周波特性を解析・検出する場合(aが大きくなります)時間ウィンドウは自動的に拡大され、周波​​数ウィンドウは自動的に狭められます。これにより、さまざまな期間の時間-周波数ウィンドウの適応変化が実現されます。 基底関数は変更できます。 時間軸に沿ってスライドすると、いつでも信号の詳細を分析できます。

自由曲面CNC加工におけるオーバーカットのウェーブレット解析

2自由曲面処理におけるオーバーカット信号のウェーブレット解析原理。 CNC加工では、工具の端面とワークの表面の交点をオーバーカットと呼びます。 異常切削に属します。 ワークの自由曲面をオーバーカットすると、切削抵抗が急激に変化し、切削抵抗が変化し、それに応じて工具を駆動するモータ電流も変化します。 したがって、切削抵抗によるモータ電流の変化を監視することで、間接的に工具の状態を監視し、スピンドルモータから電流信号を抽出することができます。 最も簡単な方法は、直列抵抗を使用してI /を実行することです。 U変換、電圧の形で出力されますが、抵抗を追加すると、モーター自体の負荷特性が変化し、測定の精度が低下します。 さらに、抵抗器の両端に接続されている他の機器は、その電位を一時停止するために同等に変換する必要があります。これにより、測定システムの複雑さが増すことは間違いありません。 これを考慮して、この論文は磁気バランスホール電流センサーを使用します。 センサー自体はDC電源に接続されています。 ホール素子内部に磁場が発生します。 モーターの電流入力端子をセンサーに接続すると、出力端子に電流が発生します。 ホール素子内に平衡磁場を発生させます。 モーター電流が変化すると、平衡磁界が影響を受けます。 新しいバランスを実現するには、それに応じて出力電流を変更する必要があります。 ホール素子は入力と出力の間に良好な線形関係があるため、その出力信号の変動は間接的にモーター電流の変化を反映する可能性があります。 出力信号をf(t)に設定すると、f(t)の連続ウェーブレット変換は、f(t)と、)(、対応するスケール関数1の内積の多重解像度近似として定義できます。 V /空間の基底関数も配置する必要がありますV / + i空間では、V / + i空間の正準直交基底を使用して、Vの直交射影でそれぞれ1と2 ‘の近似を表すことができます。 / + iおよびV /。 射影定理によれば、分解能2 ‘の詳細信号は、V /約V + 1の直交相補空間上の元の信号の正射影である必要があります。 この直交相補空間をW /とします。つまり、W /空間2 /(x -2 / n)の基底関数もV / + i空間に配置する必要があるため、正規直交基底式(5)は次のようになります。 V + 1空間を使用して信号/(t)GV + 1を表すこともできます。上記の式は、f(tの離散近似Af)が高レベルの離散近似Ad + i /から取得できることを示しています。フィルターを通過します。 f(t)の詳細信号D / fは、高レベルの離散近似Ad + i /別のフィルターを通過することからも取得できます。 フィルタh(n)g(n)は、スケーリング関数h(t)とウェーブレット関数⑴の内積によって定義されます。

コンピュータによってサンプリングされたデジタル信号の場合、二項信号は小さなオーバーカットです。 ツール2のワークは発生しやすいです。 この記事では、オーバーカットの基本的な特性を考慮しながらテストプロセスを簡素化するために、図のようにオーバーカットシミュレーションテストを実行しました。 サンプリング周波数は1kHzです。3.1オーバーカットテストのテスト条件は次のとおりです。フライスの直径は8mm、切削深さは1mm、スピンドル速度はn = 500r / min、送り速度はv = 150mmです。 / min、オーバーカット深さはHg = 0.05mm、被削材はA3鋼、工具材質は高速度鋼です。 測定された信号は、オーバーカット信号とウェーブレット分解のSに示されているとおりです。 時間領域信号はより複雑であり、明らかなオーバーカット機能がないことがわかります。 たとえば、周波数領域で観察した場合、時間領域での測位が不足しているため、リアルタイムの監視を実現できません。 の目標。 したがって、元の測定信号はウェーブレット分解を受け、変換結果は変換結果にリストされます。 変換結果から、オーバーカットが発生した場合、小規模(高周波)での反射は明らかではありませんが、XNUMX番目のスケールではオーバーカットの特徴が明らかであることがわかります。 実際のモニタリングでは、このスケールでしきい値を設定して切削状態を特定でき、そのクロスカットポイントがウェーブレット変換グラフの両時間周波数方向に正確に配置されていることを示しています。これはリアルタイムモニタリングに便利です。 。 3.2クロスカット試験10つの試験条件:フライス径0.5mm、切削深さ= 500mm、スピンドル速度n = 150r / min、送り速度v = 1mm / min、オーバーカット深さQXNUMXmm、被削材は潮、工具材質は高速度鋼測定信号とそのウェーブレット分解を図から見ることができます。 図から、高周波域ではオーバーカット点が目立たないことがわかります。 また、XNUMX番目のスケールでは、オーバーカット機能が明確に表示されます。 4結論ウェーブレットは信号の時間-周波数局在化に変換します数学的な基礎を提供し、ウェーブレット分析法を採用し、時間領域と周波数領域からの信号を同時に分析し、ポイントの正確な時間-周波数位置決めを実行できます興味を持っている。 ワークピースの自由曲面のNC加工では、オーバーカットが一般的な故障形態です。 エントリポイントには豊富な周波数情報が含まれていますが、時間領域の観測だけからオーバーカットに関する関連情報を取得することは困難です。 ウェーブレット解析は、さまざまな時間とセグメントで信号を観察でき、周波数変異点に関するさまざまな情報を正確に抽出できます。 これは、ある時点で、スペースが「フォーカスされた」スキャンを使用してオーバーカット情報を観察していることを示しています。 一部の周波数帯域では反射がはっきりしませんが、他の周波数帯域では、ウェーブレット係数値が明らかに顕著であり、ツールの切削状態をリアルタイムで効果的に識別できます。


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