光栅刻划刀具刃磨振动在线监测及控制技术研究

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1、分类号：TP273单位代码：10190研究生学号：201305015密级：无硕士学位论文光栅刻划刀具刃磨振动在线监测及控制技术研究StudyonGrindingVibrationOnlineMonitoringandControlTechnologyforGratingRulingTool研究生姓名：倪留强专业：控制科学与工程指导教师姓名：马海涛指导教师职称：副教授2016年4月长春工业大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，《光栅刻划刀具刃磨振动在线监测及控制技术研究》是本人在指导教师的指

2、导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：年月日长春工业大学硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春工业大学硕士学位论文版权使用规定”，同意长春工业大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进

3、行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论文。作者签名：年月日校内指导教师签名：年月日摘要天然金刚石具有硬度高、耐磨性好及磨擦因子低等特征，现行的光栅刻划刀具采用的材质是天然金刚石，但天然金刚石所具有的质脆、易崩裂、高温下易产生热化学磨损和扩散磨损等特殊的物理化学特性，给金刚石刀具的精密研磨带来一定的困难，刀具研磨的工艺经验表明，在光栅刻划刀具刃磨过程中，刃磨设备和刀具表现出很多与刀具刃磨相关的特征，如相互之间的研磨压力、磨盘及刀臂的振动、现场刃磨的声音、相互摩擦产生的温度等，尤其是刃磨中刀具的振

4、动，可让刀具和研磨盘之间产生多余的相对运动，这种相对运动会破坏刀具的峰锐度与表面光洁度。本文以光栅刻划刀具刃磨设备为实验平台，以光栅刻划刃磨过程刀具为具体研究对象，将刀具振动信号作为刃磨过程故障诊断的特征信号，并采用小波包信号处理方法从带有噪声的振动信号中提取出能够代表刀具刃磨状态的特征值信息，从而辨识刀具刃磨过程的运行状态，进而提出一种振动控制方法，为实现刀具刃磨振动过程自动控制提供了理论基础。首先提出采用刀具振动信号作为表征刃磨过程故障诊断的特征信号，进行了刃磨正常及故障振动信号的快速傅里叶变换频谱分析，初步

5、确定了刀具刃磨过程振动信号的特征频段，采用db9小波函数对刃磨正常和故障振动信号进行三层小波包分解，进行了能量谱和功率谱分析，进一步确定了刃磨过程刀具振动信号的特征频段，进而提取出能够表征刃磨振动的特征值信息；然后在分析刀具刃磨过程振动产生机理的基础上，提出了通过在线调整刀具向磨盘施加载荷大小来减小刃磨过程刀具的振动，提高刀具刃磨质量的方法；接着针对刃磨过程受诸多工艺参数及干扰影响，而刀具刃磨过程对参数的控制要求较高等特点，提出了采用串级控制方法，内环采用PID控制算法控制刀具向磨盘施加的研磨载荷大小，提前消除干

6、扰对刀具振动信号的影响，外环采用自动搜索寻优算法以减少刀具在刃磨过程中的振动，通过仿真分析验证了控制方法的可行性；最后完成了系统的硬件搭建和软件设计，提供了一种对刀具刃磨振动监测及分析的软件平台。关键词：光栅刻化刀刃磨振动双闭环控制自动搜索寻优小波包IAbstractNaturaldiamondhasthecharacteristicsofhighhardness,goodwearresistanceandlowfrictionfactor,thematerialofcurrentrasterscoringtoo

7、lisnaturaldiamond,however,naturaldiamondhasthecharacteristicsthatitiscrisp,easytocrack,easytocausethermo-chemicalwearatahightemperatureandspecialphysicaldiffusionwear,whichbringsomedifficultiesforprecisiongrindingofdiamondtools.Thetoolgrindingprocessexperienc

8、eshowsthatintheprocessofgratingscribingtoolsharpening,grindingmachinesandtoolsharpeningexhibitsmanycharacteristicsassociatedwithtools,suchastheabrasivemutualpressurebetweenthediscandthevi