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面向高效精密磨削的声发射机制及其在线监测系统的研究

作　者: 吴天宇
导　师: 韩雪松
学　校: 天津大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 声发射 高效精密磨削 在线监测系统 复合陶瓷材料
分类号: TG580.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


随着科学技术的不断进步,作为能够满足现代加工要求的高效精密磨削技术获得了人们越来越多的关注。为了能够获得高质量的工件表面,人们需要对磨削过程进行在线监测。目前,传统的监测方法大多数靠提取力、振动等信号来对加工过程进行控制。这种方法不能有效的表征加工状况,具有一定的局限性。基于声发射技术的在线监测系统,能够辨识加工过程中的特征物理量,是控制零件表面完整性以及表面损伤的有效方法,已成为国际公认的最具前景的磨削加工在线监测手段。本文以声发射技术为核心,搭建了面向高效精密磨削过程的在线监测系统,并运用基于参数和基于波形的分析方法来研究不同磨削参数下的声发射信号,最后结合实验现象分析了声发射信号与磨削力之间的关联关系以及磨削过程中材料的去除方式和能量的变化对声发射信号的影响。在上述研究结果的基础上,进一步对在磨削复合陶瓷材料不同方向时产生的声发射信号进行研究。同时还对声发射信号的衰减、传播机制以及位错运动对声发射信号强度的影响作了初步的探究。通过研究我们得出主要结论如下:第一,声发射信号的有效值与磨削参数之间存在关联映射关系,这种关系能够反映磨削加工过程中能量以及去除方式的变化;第二,当磨削参数发生变化时,声发射信号的有效值与磨削力的变化方向是一致的,这说明声发射信号能够表征加工过程中的特征物理量;第三,磨削过程中材料的脆性断裂以及内部塑性变形的程度可以由声发射信号频谱图中的不同频段的当量能量反映出来;第四,沿复合陶瓷材料的经线磨削能够得到质量较高的表面;第五,监测复合陶瓷材料的磨削加工过程时,声发射传感器与声发射源之间的距离不宜超过80mm。实践证明,基于声发射技术的在线监测系统对于保证高效精密磨削加工过程中的工件的表面质量有着积极的意义。

全文目录


中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-17
  1.1 引言  8
  1.2 高效精密磨削技术的发展现状及问题  8-9
  1.3 声发射技术的发展及现状  9-15
    1.3.1 声发射技术简介  9-10
    1.3.2 声发射检测技术简介  10-11
    1.3.3 声发射技术的研究情况概述  11-13
    1.3.4 面向磨削加工过程的声发射技术应用分析  13-15
  1.4 本文的主要研究内容  15-17
第二章 声发射技术原理  17-26
  2.1 声发射现象的微观特性  17-20
    2.1.1 声发射信号的来源  17-18
    2.1.2 声发射波的传播  18-20
    2.1.3 影响材料声发射特性的因素  20
  2.2 声发射信号的特征参数  20-22
  2.3 声发射信号的处理方法  22-24
    2.3.1 参数法  22-23
    2.3.2 波形法  23-24
  2.4 声发射传感器的基本工作原理  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第三章 声发射在线监测系统及实验方案  26-40
  3.1 实验的硬件环境  26-30
    3.1.1 高精度磨床  26-27
    3.1.2 声发射传感器系统  27-29
    3.1.3 数据采集及显示系统  29-30
  3.2 实验数据后处理系统的开发  30-33
    3.2.1 虚拟仪器与LabVIEW  30-31
    3.2.2 实验数据后处理系统的设计  31-33
  3.3 实验步骤及实验方案  33-39
    3.3.1 实验系统框图  33-34
    3.3.2 实验材料及基本参数  34-36
    3.3.3 传感器的布置方式  36-37
    3.3.4 采样频率及滤波参数  37
    3.3.5 实验方案设计  37-39
  3.4 本章小结  39-40
第四章 声发射在线监测系统实验结果及分析  40-59
  4.1 声发射信号的总体形貌分析  40-41
  4.2 基于声发射信号的磨削接触状况识别  41
  4.3 声发射信号的有效值分析  41-49
    4.3.1 砂轮线速度对声发射信号有效值的影响  41-44
    4.3.2 进给速度对声发射信号有效值的影响  44-45
    4.3.3 磨削深度对声发射信号有效值的影响  45-47
    4.3.4 砂轮粒度对声发射信号有效值的影响  47-49
  4.4 磨削过程中声发射信号有效值与磨削力的关系  49-51
  4.5 声发射信号的频谱分析  51-57
    4.5.1 砂轮线速度对声发射信号频谱的影响  51-53
    4.5.2 进给速度对声发射信号频谱的影响  53-55
    4.5.3 磨削深度对声发射信号频谱的影响  55-57
  4.6 本章小结  57-59
第五章 磨削过程中声发射机制的初步探究  59-68
  5.1 磨削复合陶瓷材料的不同方向对声发射信号的影响  59-63
  5.2 位错运动对声发射信号的影响  63-65
  5.3 磨削过程中声发射波的衰减机制  65-67
  5.4 本章小结  67-68
第六章 结论与展望  68-70
  6.1 结论  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-73
致谢  73

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属切削加工及机床 > 磨削加工与磨床 > 一般性问题 > 磨削原理与计算
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