1JIntellManufDOI10.1007/s10845-011-0550-4基本計算方法和機械硬件對機器工作的相關扭矩的判斷I.N.TanselM.DemetgulK.BickrajB.KayaB.Ozcelik接稿:2011-3-28/刊發:2011-6-9SpringerScience+BusinessMedia,LLC2011摘要：在工業中，當多主軸用于加工操作時，只有旋轉式測力計，可用于監測。目前對于大多數的加工中心而言，商業輪轉式測力計笨重，昂貴。基本計算方法和機械硬件需要更小，更符合成本效益的基于轉矩加工監視器（TbMM）。TbMM概念的目的是估計余下的刀具壽命，從內擬議裝置的扭矩信號檢測振動，只有在出現問題時，中央計算機才與之與建立聯系。余下的刀具壽命估計和顫檢測算法的TbMM開發由商業輪轉機測力計收集的實驗數據分析。設計時，機械的TbMM的硬件產生的電壓與使用壓電復合元素的切削扭矩成正比。其余的刀具壽命估計從扭矩信號的標準差（或方差）獲得。Teager-Kaiser算術法（TKA）的過程檢測，只有一次性從四個樣品的基礎振動的頻率估計上獲得。機械組件的TbMM的信號的準確性這一特點，可以令人滿意的找到加工中的問題，如磨損和振動的估計。該TbMM是一個不錯的選擇，尤其是當多個主軸同時工作在同一工件。關鍵詞：刀具磨損估計振動檢測測力計基于扭矩的加工監視器銑削多軸加工介紹：國際競爭迫使許多廠商使用多主軸機床，以提高生產率。國家的最先進的自動化技術，需要監測的自動化生產流程，以保持質量。研究界不斷發現新的方法來提高生產率和引進的的判斷方法卻需要實施低成本傳感器的多年工作（2002年Jeong和Chou）。在本文中，計算合理工具和機械扭矩為基礎的加工監視器（TbMM）的硬件介紹。所有成分旨在保持在最低的成本和計算負荷。擬議TbMM元件的性能進行了評估在不同的實驗。今天，大多數廠家使用先進的數控銑床TanselBickraj機和車床，保持部分的質量和運營的靈活性。多主軸數控機床已被廣泛采用，以進一步提升制造業Gale2004；Murray1998；Kamarthi1994）。這些機器使用多個獨立的活主軸，以執行一些操作，如攻絲，銑，和鉆井同步（Korn2007）。工程師們已經安裝傳感器來以監測刀具狀態和零件質量，測量溫度，力，振動和電機的電流（Dimla2000；RehornGebze技術研究所，Gebze,Kocaeli,Turkeyetal.2005；Juo2000；SteinandWang1990；Altintas1992；Leeetal.1995；KimandKimt1996）。使用不同的算法來檢測振動，估計刀具磨損，確2定斷齒審視加工表面質量（Choietal.2004；Minisetal1990；LeeandTarng1999；HuangandChen2000；Liangetal.2004；Heynes2007；Castroetal.2006）。測力計，精確地測量切削力和扭矩在所需方向（Tangjitsitcharoen2006）。收集到的數據提供了有價值的信息的加工操作，完整的工具，甚至表面粗糙度的條件。然而，這種方法也有大量的初始投資成本，需要不斷地維護和加工系統（明等人，2005年-2006年；貝奈斯。施密茨等人2006年）的一部分必須考慮eration測力計的動態。兩個對立的概念與理想傳遞函數測力計的設計要求完美的調整：最大的剛性，以保持最大的彈性最大的準確度（扭蛋等整個系統的動態1990年Tlusty等1987年至1997年；Lapujoulade。；Tounsi和奧托2000A，B）。其他一些監測加工操作的低成本替代品，包括主軸的力傳感器（2002年軍等。），力量戒指（雅伯和Heyns2004），應變計（2006年Yaldz和Unsacar；Kim和Kim1997；施密茨等人2002。），壓電加速ometers（2006年Yaldz和Unsacar），壓電薄膜accelerometers（1997年Kim和Kim），彎梁式稱重傳感器（施密茨等，2002），軸位移測量工具可以安裝主軸和刀具之間的TbMM，需要比傳統測力計的工作空間明顯較小，并不需要支持組件。TbMM是設計到內部的扭矩信號分析和溝通中央計算機，無線時才發現問題。唯一的計算工具和機械部件的TbMM本文介紹了。應設計為TbMM電子SEP-arately考慮現有的商業組件和合法的通信平臺。在下面的章節中，提出的理論背景，計算工具，機械設計，集成系統的建議操作，實驗設置，結果和建議TbMM結束。理論背景：在本節中，標準差，方差，S-變換，Teager，凱澤算法術（TKA），壓電陶瓷的壓電材料和力測量的字符特征將簡要討論。在這項研究中的加工分析包（MAP）開發利用MATLAB的實驗數據的分析。數據的方差是用下面的公式計算其中，為標準偏差。習近平是具有n個樣品的數據。x是對樣品的平均水平。很短的時間傅里葉變換（STFT）的x（t）的時間序列IZE視覺信號的時頻域特性的變化與下列公式計算：其中，T和F的時間和頻率。W表示數據的不同部分傅里葉變換（FT）的計算。這就是所謂的翻譯窗口。此窗口的位置是（次）。STFT的時間和頻率分辨率的矛盾。斯托克韋爾（斯托克韋爾等，1996年）用一個特殊的窗口。窗口的高度和寬度隨頻率的改變，同時獲得最佳的頻率和時域的決議：3方程的逆（3）提供了原始時間序列X（t），S-轉型提供了出色的信號特征信息；但是，它需要許多calculations.A簡單的微控制器或DSP可以在很短的時間內不執行的計算關系和分析。當振動的發展，增長幅度振蕩的結構模式之一。teager凱撒的混合進化計算米（TKA）的弗蘭克排（2010），Maragos等。（1993年），Vakman（1996年）的純正弦波，通過使用下列公式計算的頻率和幅度：其中，T為采樣間隔。其中，F和一個信號的頻率和振幅分別。壓電材料產生時，其原始形狀改變施加張力，剪切或壓縮錫安（APC國際有限公司2002年）的費用。所產生的費用是成正比的應變。稱重傳感器是建立適用于外部負載的一部分，他們的壓電元件（2005年圖liola和比斯利。燕等人，2004年）。匹配電荷放大器可轉換成可測量的電壓根據選定的增益，線性化系統的特征，并提供用戶數時間常數的選擇，能夠更準確地進行靜態或動態測量費。壓電片已沒有收費用于測量應變振幅（Sirohi和喬普拉2000。Yenilmez等人，2007年）。在這種情況下，壓電元件，而不是只建立一個負責，就像一個能量收割機使用。降低成本，復雜性和重量測量系統；然而，傳感器的響應特性受到損害。壓電復合材料產生大量的電荷，當他們受到部隊（Yapici等，2007）。其特征的抽動可能會有所調整，選擇密度和方向產生更多EF電力比傳統TRIC復合iently.為能量收集應用和應變遙感（Yenilmez：等200for讀取數據的最佳選擇。不同長度，構成較小的REP-7）。在這項研究中，地圖是使用MATLAB腳本在不同長度的讀取數據，執行S-變換，光譜特性計算，估計從4個樣品的幅度和頻率使用，并模擬該控制器的輸出。此外，基本功能和信號處理工具箱的MATLAB軟件包被用于估計功率譜（快速傅立葉變換（FFT），平方的連貫性，頻率響應估計（信號處理2008）。刀具剩下的使用壽命估算程序推薦：4我們的實驗結果確認（請參閱詳情“與磨損的扭矩特性的變化”），扭矩增加的時間或后刀面磨損的增長標準差的增量。在這項研究中，采用由兩個直線的解析表達式，以防止使用任何指數或其他復雜的功能，這會增加處理器和程序的大小的計算負載。一個表達式所表示的關系從開始的過渡點，其余刀具壽命，而其他的表達。轉折點是在我們的測試工具壽命的2/3左右。該控制器的編程，唯一的開始，寧，過渡點和刀具壽命結束的扭矩值是必要的。扭矩的標準偏差和刀具壽命之間的關系，用以下公式表示：其中，T是扭矩。扭矩的標準偏差（T）表示。時間是t。TTP對應切廷那里的坡度標準差的變化。這一點，可以選擇約2/3的刀具壽命。在我們的例子中，我們選擇了TTP10560時的刀具壽命為14,400小號。其余的工具，生活在任何時間（tremaining生活）（t）是由下列公式估計：刀具壽命的tfull-life（T（TTP）是刀具壽命達到轉折點時的扭矩值的標準偏差。要獲得方程的系數。（9）和（10），用戶應收集選定的切削實驗數據條件工具，直到完全耗盡。一旦刀具磨損，用戶將確定典型的刀具壽命。應選擇的TTP2/3rd周圍的刀具壽命。應計算的扭矩標準偏差三例實驗的扭矩測量。這些是新的工具時，當刀具到達TTP該工具完全耗盡。A1和M1將計算分離自T=0和T=TTP確定的標準偏差值。同樣，A2和M2將計算標準偏差值確定為T=TTP和T=tfull系數計算該式。可以用來估計在任何給定的（T）值選定的切削條件下，保持刀具壽命。建議振動檢測程序。建議振動檢測算法過濾與高通濾波器，以消除刀刃加工活動所造成的強迫振動的轉矩信號。顫振頻率是300赫茲以上，許多millifilter被選定在這項研究中，在250赫茲頻率和錯誤操作時。截止頻率的信號四階