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金刚石研磨过程振动信号分析及信号特征识别研究

作　者: 高明宝
导　师: 傅惠南
学　校: 广东工业大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 金刚石研磨频谱小波分析高斯曲线
分类号: TG580.68
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

金刚石研磨过程中,金刚石研磨质量的优劣受到机床内外部振动因素的影响,机床本身的振动会引起研磨盘和金刚石间的相对位移,被研磨的金刚石刀具和研磨盘之间产生多余的相对运动,使金刚石无法达到要求的加工精度和表面质量。而且,在最后的精密研磨阶段,振动干扰以及其他工艺因素会影响研磨过程中金刚石表面材料去除方式,在金刚石表面产生微观解理,影响刀具的锋锐度、刃口和前刀面的表面粗糙度。因此,对加工过程振动进行研究,探索工艺参数的影响,能够为提高加工质量、对加工过程监测提供依据。为了消除金刚石研磨过程中内外部挠动的影响,本课题组采用了弹性浮动的研磨方式,相对于传统的研磨系统,该装置引入了弹性梁和弹性垫,强化了弹性系统的减振作用,增加了系统的柔性,一定程度上削弱了振动的影响。以往的研究都是从实验的角度研究工艺参数对研磨过程振动的影响。由于研磨振动信号中含有大量信息与研磨过程相关,本文从信号分析角度对研磨过程振动进行研究,对不同工艺参数下研磨过程振动信号特征进行识别,探索工艺参数对加工过程振动的影响,对于提高研磨质量有重要意义。本文首先介绍了金刚石研磨实验的实验平台以及信号采集设备,讨论了信号采集时测量参数、测点及采样间隔的选择问题。提出了针对金刚石弹性浮动研磨过程振动的研磨振动信号分析技术路线,并对振动信号分析常用的时域、频域分析方法作了介绍。其次,根据金刚石研磨振动信号频谱图有频谱波峰的特点,提出应用高斯函数曲线用最小二乘方法拟合信号频谱中的频谱峰的方法,对信号的频谱峰特征进行识别。介绍了该方法的理论基础,并设计实验平台,验证该方法能有效的识别信号的频谱峰特征。然后分别对研磨速度、研磨压力和弹性梁长度等研磨工艺参数影响的频谱峰特征进行识别。最后,为了进一步研究研磨工艺参数对过程振动影响的程度,采用小波频带能量方法进行研究。将信号进行小波分解,根据频谱峰特征矩阵提取频谱峰所在的小波分解细节信号,计算出频谱峰特征所对应的频带能量,作出频带能量随研磨速度、研磨压力和悬臂梁长度等研磨工艺参数变化曲线,得出了研磨工艺参数对过程振动的影响规律。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-8
目录  8-11
CONTENTS  11-14
第一章绪论  14-21
  1.1 研究背景及意义  14-15
  1.2 金刚石研磨研究现状  15-16
  1.3 加工过程振动研究现状  16-17
  1.4 国内外加工信号处理方法研究现状  17-19
    1.4.1 加工信号时域分析  17
    1.4.2 加工信号频域分析  17-18
    1.4.3 小波分析  18-19
  1.5 课题来源与主要研究内容  19-21
    1.5.1 课题来源  19
    1.5.2 主要研究内容  19-21
第二章金刚石研磨实验及信号分析方法  21-34
  2.1 实验装置  21-23
    2.1.1 实验平台  21-22
    2.1.2 信号采集设备  22-23
  2.2 信号采集  23-24
    2.2.1 振动测量参数选择  23-24
    2.2.2 测点选择  24
    2.2.3 采样间隔选择  24
  2.3 研磨振动信号分析技术路线  24-25
  2.4 金刚石研磨振动信号分析方法  25-33
    2.4.1 振动信号时域处理方法  25-27
    2.4.2 振动信号频域分析  27-33
  2.5 小结  33-34
第三章基于高斯曲线的研磨参数影响频谱峰特征识别  34-51
  3.1 高斯函数及最小二乘拟合  34-38
    3.1.1 高斯函数曲线  35-36
    3.1.2 最小二乘拟合方法  36-37
    3.1.3 高斯曲线选取准则  37-38
  3.2 方法验证  38-42
    3.2.1 实验安排  38-39
    3.2.2 实验信号采集  39-42
  3.3 信号频谱特征提取  42-48
    3.3.1 频谱划分及高斯函数选取  42-44
    3.3.2 高斯函数拟合  44-46
    3.3.3 实验分析  46-48
  3.4 金刚石研磨不同参数频谱特征提取  48-50
    3.4.1 实验方案  48
    3.4.2 实验分析  48-50
  3.5 小结  50-51
第四章小波频带能量法对工艺参数影响大小的分析  51-74
  4.1 小波分析  51-55
    4.1.1 连续小波变换  52-54
    4.1.2 离散小波变换  54
    4.1.3 小波频带能量  54-55
  4.2 实验方案  55-56
  4.3 研磨速度影响分析  56-62
    4.3.1 信号频谱峰特征提取  56-58
    4.3.2 信号小波分解  58-60
    4.3.3 信号频带能量随研磨速度变化分析  60-61
    4.3.4 金刚石表面形貌对比  61-62
  4.4 研磨压力影响分析  62-67
    4.4.1 信号频谱峰特征提取  62-63
    4.4.2 信号小波分解  63-65
    4.4.3 信号频带能量随研磨压力变化分析  65-67
    4.4.4 金刚石表面形貌对比  67
  4.5 弹性梁长度影响分析  67-73
    4.5.1 信号频谱峰特征提取  68-69
    4.5.2 信号小波分解  69-71
    4.5.3 信号频带能量随弹性梁长度变化分析  71-72
    4.5.4 金刚石表面形貌对比  72-73
  4.6 小结  73-74
总结与展望  74-76
参考文献  76-79
攻读硕士期间发表的论文  79-81
致谢  81

金刚石研磨过程振动信号分析及信号特征识别研究

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