挑戰(zhàn):
      采用很高的主軸轉速、刀具進給速度以及不使用切削液，使得加工過程變得更加復雜和充滿變數(shù)，刀具的磨損、崩刃、溫度過高等危險性顯著增加。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程監(jiān)控系統(tǒng)成為一個挑戰(zhàn)。

      解決方案:
      通過虛擬儀器軟件開發(fā)環(huán)境(LabVIEW)設計出具有信號實時采集和存儲、采集參數(shù)設置、信號動態(tài)顯示、信號基本特征的實時抽取等基本功能的各類虛擬儀器面板。對切削過程中各加工信號進行可視化采集和綜合分析處理。
      "虛擬儀器以計算機為統(tǒng)一的硬件平臺，配以具有測試和控制功能硬件接口卡，通過系統(tǒng)管理軟件的統(tǒng)一指揮調(diào)度來實現(xiàn)傳統(tǒng)測控儀器的功能。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程度、處理能力、性能價格比、可操作性等方面都具有明顯的技術優(yōu)勢。"

      介紹：
      目前大型、整體航空結構件加工周期很長，如果加工過程中出現(xiàn)問題，導致零件報廢，成本損失很大。另外出于安全性的考慮，相當一部分的高速機床主軸實 際轉速偏低，切削用量欠優(yōu)化，高速機床低速使用，一方面造成設備和機床功率的浪費，另一方面使高速主軸因長期承受重載荷而壽命降低。但采用很高的主軸轉 速、刀具進給速度以及不使用切削液，使得加工過程變得更加復雜和充滿變數(shù)，刀具的磨損、崩刃、溫度過高等危險性顯著增加。所以對加工過程的在線監(jiān)控，實時 掌握并控制加工進程中的狀態(tài)，據(jù)此來研究、優(yōu)化工藝參數(shù)，預報和避免一些危險狀態(tài)的出現(xiàn)顯得尤為重要。
 

      一、項目背景：
      該課題是航空科學基金項目，項目編號：2007ZE56008。
      我國自20世紀90年代初開始高速切削技術方面的研究，工業(yè)發(fā)達國家在20世紀90年代中期把研究和開發(fā)的重點轉向了干加工。干式切削是指在切削加 工中不使用切削液的工藝方法。從目前國內(nèi)外的情況來看，采用純粹的干切削特別是高速干切削還存在一定困難。因為沒有切削液,其冷卻、潤滑及排屑作用就會喪 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滑技 術MQL有著極為廣闊的應用前景。
      目前國內(nèi)外在高速切削和干切削方面的研究主要側重在刀具材料、涂層、裝夾以及機床等方向。在加工過程監(jiān)控方面重視不夠。本項目主要對高速干切削（采用MQL）過程用多種傳感器進行監(jiān)測，并對其進行主動模糊控制。
      建立了基于多傳感器的飛機結構件高速銑削過程監(jiān)測軟硬件系統(tǒng)。對數(shù)據(jù)采集卡、傳感器（振動、功率、溫度）型號及安裝位置進行了論證；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，對碳鋼、航空鋁合金材料進行了多次高速銑削試驗；對所采集的信號進行了時域、頻域和時-頻域 分析，總結了不同銑削狀態(tài)所對應的信號特征；基于Kolmogorov-Smimov檢驗理論(KS檢驗)，能夠對刀具磨損狀態(tài)進行在線識別。
 

      二、系統(tǒng)整體框架簡介
      整個系統(tǒng)分為硬件平臺（實驗平臺）和軟件平臺（開發(fā)環(huán)境及應用環(huán)境）兩部分。
1、硬件平臺設計與實現(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傳感器、溫度傳感器、功率傳感器、信號調(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通過各個傳感器分別采集到高速干切削加工過程中的振動信號、溫度和功率信號，將采集到的信號反饋到主控計算 機，由預先編制好的虛擬儀器（LabVIEW）程序進行實時數(shù)據(jù)處理提取其特征值并存儲，通過LabVIEW程序中的模糊控制模塊間接控制MQL系統(tǒng)以實 現(xiàn)冷卻潤滑物噴射到干切削工作臺的流速大小，從而完成整套閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)運行現(xiàn)場參見圖2：

 
圖2 系統(tǒng)運行現(xiàn)場

 
      2、軟件平臺設計與實現(xiàn)
      2.1 系統(tǒng)軟件框架
      基于LABVIEW平臺構建信號采集、顯示、存儲、分析的數(shù)據(jù)監(jiān)測軟件系統(tǒng)。軟件設計采用了面向組件的設計思想，把一個完整的程序分成若干個功能相 對獨立的較小的程序模塊抽象出來，各個程序模塊分別進行設計、編制和調(diào)試，比較后再將各個模塊鏈接起來總調(diào)，采用DMA處理方式保證了刀具狀態(tài)識別的實時 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)設置模塊（傳感器參數(shù)、通道增益及采樣頻率和采樣點數(shù)等設置），信號分析與處理模塊，數(shù)據(jù)管理與診斷 模塊和模糊控制模塊等。

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