基于驱动电流与工作台位置监测的切削负荷实时估计方法研究

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随着现代工业化智能化的发展,客户的需求也日益的个性化、多样化与精密化。实现切削负荷信号的在线监测是实现智能化制造的重要组成部分。通过进给电流对切削负荷进行间接估计是一种低成本的监控方法,相比于测力仪等直接测量法,有着安装简便、适用范围广等一系列的优点,更适合在实际生产中运用。因此,通过进给电流的切削负荷间接测量法,具有重要的理论意义与使用价值。本文主要针对提高多轴加工中心切削负荷间接估计精度的方法估计展开研究,确定了进给系统摩擦力矩与进给系统等效惯性力矩是影响估计精度的关键因素,同时设计了总体的研究方案与实验平台。针对电流信号的预处理过程,采用频域分析方法,对电流信号中普遍存在的干扰频率进行了分析,确定干扰频段来源于进给电机相电流频率与丝杆转频,设计相应的滤波程序,实现了有效信号的提取。针对摩擦力矩对切削负荷估计精度的影响,采用经典的Lugre与Stribeck模型分别对微滑动与宏观滑动摩擦区域进行描述,并分析确定工作台位置对摩擦力矩的影响,提出了适用于机床进给系统的改进模型。并针对改进模型标定方法进行了分析,确定最简的标定方法,将标定时间降低一半。针对系统等效惯性力矩对切削负荷估计精度的影响,采用模型参考自适应算法,实现进给系统转动惯量的实时在线测量,并对自适应参数的选取进行了分析说明。并对估计算法的精度进行了实验验证。此外,为了验证本文估计方法的有效性,在DM4600机床上进行了参数标定实验,并设计多组不同参数的匀速进给与变速进给实验,对不同参数下的切削负荷估计算法精度进行了验证,实验结果表明,本文的估计方法能够有效的对切削负荷进行估计。
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