寇鵬德

（武威職業(yè)學(xué)院，甘肅 武威 733000）

機電一體化數(shù)控加工技術(shù)作為現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中的主流加工技術(shù)，能夠通過將液壓機械技術(shù)與數(shù)字信息技術(shù)進行深度融合，進而在增加機械使用年限的同時，提高機械的工作效率。機電一體化數(shù)控加工技術(shù)以其低成本、高效率的特點在礦山工作中被廣泛應(yīng)用，通過提高礦山機械的工作效率，進而確保整個礦山工作能夠順利進行。但在礦山機電一體化數(shù)控加工技術(shù)的實際應(yīng)用過程中，由于礦山機電一體化數(shù)控加工精度不足的問題，經(jīng)常會導(dǎo)致很多重復(fù)性校準(zhǔn)的工作。為提高礦山機電一體化數(shù)控加工的精度，必須對礦山機電一體化數(shù)控加工技術(shù)進行改造。通過提高礦山機電一體化數(shù)控加工技術(shù)中的穩(wěn)定性以及精準(zhǔn)度，有效解決上述礦山機電一體化數(shù)控加工難度大的問題。在我國，針對礦山機電一體化數(shù)控加工的技術(shù)改造研究并不多見，且普遍存在一定程度上的局限性，與國外先進的礦山機電一體化數(shù)控加工技術(shù)相比存在較大的落差。本文結(jié)合閆梅提出的數(shù)控加工過程質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)研究，基于文中提出的數(shù)控加工過程質(zhì)量控制流程進行改造，致力于取得一定的研究成果。進而為礦山工作部門提供更加科學(xué)、客觀、準(zhǔn)確的研究結(jié)論，更好的為礦山機電一體化數(shù)控加工提供助力。希望通過本文研究，能夠提高相關(guān)學(xué)者對礦山機電一體化數(shù)控加工的技術(shù)改造方面的關(guān)注度，為該領(lǐng)域的進一步研究提供更廣闊的發(fā)展空間。

1 礦山機電一體化數(shù)控加工的技術(shù)改造

在本文進行的礦山機電一體化數(shù)控加工的技術(shù)改造中，必須預(yù)先明確礦山機電一體化數(shù)控加工技術(shù)改造的整體方案，在此基礎(chǔ)上，對礦山機電一體化數(shù)控加工的細(xì)節(jié)部分展開詳細(xì)研究。礦山機電一體化數(shù)控加工技術(shù)改造整體方案圖，如圖1所示。

圖1 礦山機電一體化數(shù)控加工技術(shù)改造整體方案圖

結(jié)合圖1所示，本文針對礦山機電一體化數(shù)控加工中的3點重要內(nèi)容進行改造。具體研究內(nèi)容，如下文所述。

1.1 數(shù)控單元添加振動信號Gaussian白噪聲

針對礦山機電一體化數(shù)控單元振動問題導(dǎo)致礦山機電一體化數(shù)控加工精度低的現(xiàn)象，本文通過對原有機械結(jié)構(gòu)的固有頻率進行改造，以添加振動信號Gaussian白噪聲的方式抑制振動，數(shù)控單元添加振動信號Gaussian白噪聲的具體流程為：首先，利用機電一體化的信息輸入功能，按照振動信號的頻率從低到高進行輸入，得到固有模態(tài)振動信號自適應(yīng)函數(shù)。在原始振動信號中，通過添加Gaussian白噪聲xi(i=1,2,...,n)，則設(shè)固有模態(tài)振動信號自適應(yīng)函數(shù)為IMF，添加振動信號Gaussian白噪聲后的固有模態(tài)振動信號自適應(yīng)函數(shù)IMF計算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，n指的是添加振動信號Gaussian白噪聲的信噪比；i指的是添加振動信號Gaussian白噪聲的個數(shù)，為實數(shù)；k指的是添加振動信號Gaussian白噪聲幅值的大小。因此，每個獨立添加的振動信號Gaussian白噪聲，都可以根據(jù)公式（1）得到一個獨立的固有模態(tài)振動信號自適應(yīng)函數(shù)。在得到固有模態(tài)振動信號自適應(yīng)函數(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)固有模態(tài)振動信號自適應(yīng)函數(shù)的噪聲水平以及置信區(qū)間，對振動信號進行自適應(yīng)降噪處理[1]。將固有模態(tài)振動信號自適應(yīng)函數(shù)投影到機電一體化數(shù)控加工中方差最大的正交主成分上，運用控制及信息處理部分進行振動信號控制及信息處理，使得多維振動信號的互相關(guān)達(dá)到最小，進而實現(xiàn)振動信號自適應(yīng)降噪。設(shè)固有模態(tài)振動信號自適應(yīng)函數(shù)IMF在主成分方向上的投影即為IMF’，則按自適應(yīng)降噪率大小排序的主成分為p={p1,p2,...,pm}，則p的計算公式，如公式（2）所示。

在公式（2）中，e指的是協(xié)方差矩陣振動信號自適應(yīng)降噪特征值的對角矩陣；x指的是特征值為主成分的貢獻(xiàn)率；t指的是主成分得累計的降噪貢獻(xiàn)率。求得自適應(yīng)降噪率大小排序的主成分函數(shù)后，按照自適應(yīng)降噪率對振動信號自適應(yīng)降噪。設(shè)自適應(yīng)降噪率為φ，則φ的計算公式，如公式（3）所示。

在公式（3）中，m指的是機電一體化的對振動信號自適應(yīng)降噪控制向量。在實際對振動信號進行自適應(yīng)降噪時，確定累計自適應(yīng)降噪率大小排序主成分的閾值后，即可確定機電一體化對振動信號自適應(yīng)降噪控制的向量。在此基礎(chǔ)上，通過在數(shù)控單元添加振動信號Gaussian白噪聲的方式，實現(xiàn)對礦山機電一體化數(shù)控加工數(shù)控單元的改造。

1.2 計算機電一體化數(shù)控加工標(biāo)準(zhǔn)尺寸允許誤差

針對電氣部分改造中，交流伺服驅(qū)動單元作為礦山機電一體化數(shù)控加工中的關(guān)鍵部分，本文對此的改造方式為使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸測量機械零件，獲取機械零件軸承基準(zhǔn)尺寸，呈現(xiàn)數(shù)據(jù)到顯示屏，調(diào)整數(shù)據(jù)灰度值，將其映射到一個新的范圍內(nèi)，突出軸承邊緣中部分特征值，識別自然圖像灰度，衡化處理圖像中數(shù)據(jù)，使邊緣數(shù)據(jù)直方圖呈現(xiàn)一致方向。由于尺寸測量過程中數(shù)據(jù)會受到多種外界因素的影響，實際收集數(shù)據(jù)中敏感元部件受到干擾影響會存在內(nèi)部噪聲，以此引用數(shù)據(jù)濾波處理方法，對數(shù)據(jù)實施中值濾波處理，提取濾波處理后機械零件尺寸標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集。設(shè)處理后機械零件尺寸標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)集為，則其計算公式，如公式（4）所示。

在公式（4）中，ε指的是測量中多種外界影響因素；指的是獲取的數(shù)據(jù)量。根據(jù)上述公式，可得機電一體化數(shù)控加工零件尺寸初期獲取數(shù)據(jù)集，搭建測量中數(shù)據(jù)集合空間表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)軸距，采用三點均勻測量的方式，分析獲取數(shù)據(jù)與空間標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)差異性，計算機電一體化數(shù)控加工零件邊緣標(biāo)準(zhǔn)尺寸允許誤差[2]。設(shè)機電一體化數(shù)控加工零件尺寸為ω，則其計算公式，如公式（5）所示。

在公式（5）中，f指的是邊界到測量膠片距離；s指的是數(shù)據(jù)表達(dá)清晰度；g指的是邊界檢測長度；l指的是檢測邊界到檢測中心實際距離。結(jié)合上述計算公式，明確機電一體化數(shù)控加工零件尺寸標(biāo)準(zhǔn)值，考慮到動力距測量具有均勻性，輸出允許最大誤差值，完成對交流伺服驅(qū)動單元精準(zhǔn)度方面的改造。

1.3 重設(shè)機電一體化數(shù)控加工坐標(biāo)系參數(shù)

機電一體化數(shù)控加工坐標(biāo)系是在加工原點的基礎(chǔ)上建立坐標(biāo)，利用加工坐標(biāo)系對機電一體化幾何體在數(shù)控機床上的加工位置定義，在編程過程中道具的軌跡坐標(biāo)就是根據(jù)機電一體化零件的輪廓在加工坐標(biāo)系的坐標(biāo)明確的。利用Unigraphics NX軟件的坐標(biāo)設(shè)定功能，設(shè)置三個坐標(biāo)軸，分別為x軸、y軸和z軸，三個坐標(biāo)軸的方向規(guī)定著數(shù)控機床導(dǎo)軌的方向，在實際加工過程中應(yīng)當(dāng)保證毛坯在機床上的位置方便加工、對刀等操作。在Unigraphics NX軟件中，重設(shè)機電一體化數(shù)控加工坐標(biāo)系參數(shù)，其具體流程為：首先，設(shè)定加工坐標(biāo)系，在加工環(huán)境窗口中點擊操作導(dǎo)航裝置，選擇其中的幾何視圖按鈕并勾選MCS選項。設(shè)定機電一體化數(shù)控的加工坐標(biāo)系及工作坐標(biāo)系保持一種，即機電一體化零件的地面為x軸和y軸的平面，刀軸的矢量方向為z軸。在Unigraphics NX軟件中創(chuàng)建一個加工操作首先要為該操作制定四個父節(jié)點組，包括：程序父節(jié)點組、刀具父節(jié)點組、加工幾何體父節(jié)點組以及加工方法父節(jié)點組[3]。程序父節(jié)點組主要用于管理各個加工操作，同時排列各個加工操作在程序中的順序。刀具父節(jié)點組在創(chuàng)建和選擇合適的刀具時，應(yīng)當(dāng)考慮零件的加工類型、加工表面形狀以及加工部分的尺寸大小等因素。加工幾何體父節(jié)點組用于指定加工的零件的毛培幾何體、部件幾何體等，并指定加工零件的加工方位。通過重設(shè)機電一體化數(shù)控加工坐標(biāo)系參數(shù)，加工幾何體父節(jié)點在機電一體化數(shù)控加工過程中可以保證加工精度和加工質(zhì)量。

2 結(jié)語

通過礦山機電一體化數(shù)控加工的技術(shù)改造研究可以看出，礦山機電一體化數(shù)控加工的技術(shù)是在不斷地研究過程中逐步優(yōu)化，走向成熟的。因此，本文對礦山機電一體化數(shù)控加工的技術(shù)進行改造設(shè)計是十分必要的，并且具有現(xiàn)實意義，能夠為礦山機電一體化數(shù)控加工提供理論支持。有理由相信，本文改造后的礦山機電一體化數(shù)控加工技術(shù)可以在現(xiàn)實中廣泛投入使用，代替原有的礦山機電一體化數(shù)控加工技術(shù)，為礦山機電一體化數(shù)控加工提供全新的思路，加速推進我國礦山機電一體化數(shù)控加工的快速發(fā)展。