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随着切削加工向着高速、高精度和高度自动化方向发展,对切削过程的监控技术的要求也越来越高,而大多数的自动化机械加工设备与制造系统并不具备对加工过程的监控功能。为了使这些自动化程度很高的加工设备能够充分发挥其优良性能,确保加工质量,对刀具在加工过程中的状态监测和控制就尤为重要了。
旋转式动态铣削测力仪以测量切削力和切削振动为基础,实现对铣刀破损和磨损情况的监测。切削力信号反应刀具的破损情况,本文的主要研究内容就是针对铣刀切削力监测所做的前期工作,即如何实时采集铣刀的切削力,具体工作如下:
首先,设计系统的总体方案。由于旋转式动态铣削测力仪分为发射端和接收端,因此系统总体方案也必须按照发射端和接收端两部分进行设计。因为发射端和铣刀装夹在一起,在切削过程中随着铣刀旋转,所以不能使用传统的有线传输的方式,而必须借助于无线通信方式传输信号。发射端先将经过放大和滤波后的切削力信号通过AD采集转换成数字信号之后,再通过无线的方式传输至接收端;接收端将该信号通过串口传输给计算机。本系统使用FPGA做为系统的CPU,负责控制专业的AD采集和无线射频芯片实现各自的功能。
其次,设计系统的硬件电路,并且通过软件编程实现系统的所有功能。在确定了系统的总体方案的基础上设计系统的硬件电路,然后以QuartusⅡ软件为开发平台、使用VHDL语言对FPGA编程。在功能上将系统划分成FPGA控制模块、AD采集模块、无线数据收发模块和串口传输模块。编程工作主要是利用FPGA实现各个模块的功能。
然后,将系统和旋转式动态铣削测力仪的感应电源、放大电路两部分连接起来,做切削力实验。本文设计了该测力仪的控制系统,在实验中验证了系统工作的正确性,结果表明系统的采集频率达到了660Hz以上,实现了切削力的实时采集。
最后,分析需要进一步完善的工作。