数据稳定性分析(对标Sike和Kistler刀柄)

数据稳定性和有效性将直接影响后续分析和实际加工中的加工参数判断,因此所呈现的同步动态数据的实时性和稳定性是评价智能刀柄功能性极其重要的技术指标。

研究过程中分别基于同样加工参数对市面压电传感器类智能刀柄以及市面应变传感器类智能刀柄以及本单位研发的刀柄,即iKIT无线测试智能系统,进行了钻孔加工。对应技术指标差异对比见下表。三种刀柄的采集频率分别为10 K、2.5 K以及1024 K Hz。为便于对比数据针对三款刀柄的测试均选用新刀具即直径4.5-8的台阶钻头,钻孔的转速均为750 rpm。

市面压电传感器类智能刀柄 市面应变传感器类智能刀柄 iKIT无线测试智能系统
类型 压电传感器 应变传感器
原理 在压电晶体上施加力时,将产生电荷变化,通过电荷放大器获得,电荷将和施加的力呈正比 力作用在弹性体上,负载将会使弹性体产生微小的变形导致应变电阻值变化进而导致组桥后的输出电压正比于施加的力
测量 Fx,Fy,Fz,Mz Fz,Mz,Bx,By
频率 10 K 2.5 K 2.048 K
最大转速 16000 rpm 18000 rpm 20000 rpm
解耦 < 5% FSO 没有解耦 < 5% FSO
温漂 Fz明显 Fz明显 几乎没有
数据丢失 无丢失 丢包率较高 无丢失
传输距离 5 m 5 m 400 m(无遮挡)

结合数据分析:

针对压电传感器类智能刀柄:

  • 其灵敏度确实较高,但是针对机加工,超高的采集频率将导致数据过于波动,用户将难以提取有效信息,不利于后续分析;
  • 实验前后Fz存在明显的漂移,大约7 N;

针对应变传感器类智能刀柄:

  • 原始数据的底噪过大,测量过程收到机台主轴动力系统的噪声干扰,Fz和M的波动范围高达±40 N和±0.4 Nm,用户需要进行自行平滑或者滤波处理才能提取有效数据,这意味着数据的真实性以及误差较大;
  • 实验前后Fz漂移过于明显高达40 N;
  • Bx和By的噪点同样过多,无法观察出切削动态变化,同步对应极图视图也不具备参考价值;

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