礦山機電一體化數控加工的技術改造研究

寇鵬德

（武威職業學院，甘肅 武威 733000）

機電一體化數控加工技術作為現代化工業生產中的主流加工技術，能夠通過將液壓機械技術與數字信息技術進行深度融合，進而在增加機械使用年限的同時，提高機械的工作效率。機電一體化數控加工技術以其低成本、高效率的特點在礦山工作中被廣泛應用，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控加工技術的實際應用過程中，由于礦山機電一體化數控加工精度不足的問題，經常會導致很多重復性校準的工作。為提高礦山機電一體化數控加工的精度，必須對礦山機電一體化數控加工技術進行改造。通過提高礦山機電一體化數控加工技術中的穩定性以及精準度，有效解決上述礦山機電一體化數控加工難度大的問題。在我國，針對礦山機電一體化數控加工的技術改造研究并不多見，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控加工技術相比存在較大的落差。本文結合閆梅提出的數控加工過程質量控制的關鍵環節研究，基于文中提出的數控加工過程質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、客觀、準確的研究結論，更好的為礦山機電一體化數控加工提供助力。希望通過本文研究，能夠提高相關學者對礦山機電一體化數控加工的技術改造方面的關注度，為該領域的進一步研究提供更廣闊的發展空間。

1 礦山機電一體化數控加工的技術改造

在本文進行的礦山機電一體化數控加工的技術改造中，必須預先明確礦山機電一體化數控加工技術改造的整體方案，在此基礎上，對礦山機電一體化數控加工的細節部分展開詳細研究。礦山機電一體化數控加工技術改造整體方案圖，如圖1所示。

圖1 礦山機電一體化數控加工技術改造整體方案圖

結合圖1所示，本文針對礦山機電一體化數控加工中的3點重要內容進行改造。具體研究內容，如下文所述。

1.1 數控單元添加振動信號Gaussian白噪聲

針對礦山機電一體化數控單元振動問題導致礦山機電一體化數控加工精度低的現象，本文通過對原有機械結構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，得到固有模態振動信號自適應函數。在原始振動信號中，通過添加Gaussian白噪聲xi(i=1,2,...,n)，則設固有模態振動信號自適應函數為IMF，添加振動信號Gaussian白噪聲后的固有模態振動信號自適應函數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，為實數；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，都可以根據公式（1）得到一個獨立的固有模態振動信號自適應函數。在得到固有模態振動信號自適應函數的基礎上，根據固有模態振動信號自適應函數的噪聲水平以及置信區間，對振動信號進行自適應降噪處理[1]。將固有模態振動信號自適應函數投影到機電一體化數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達到最小，進而實現振動信號自適應降噪。設固有模態振動信號自適應函數IMF在主成分方向上的投影即為IMF’，則按自適應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指的是協方差矩陣振動信號自適應降噪特征值的對角矩陣；x指的是特征值為主成分的貢獻率；t指的是主成分得累計的降噪貢獻率。求得自適應降噪率大小排序的主成分函數后，按照自適應降噪率對振動信號自適應降噪。設自適應降噪率為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降噪控制向量。在實際對振動信號進行自適應降噪時，確定累計自適應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降噪控制的向量。在此基礎上，通過在數控單元添加振動信號Gaussian白噪聲的方式，實現對礦山機電一體化數控加工數控單元的改造。

1.2 計算機電一體化數控加工標準尺寸允許誤差

針對電氣部分改造中，交流伺服驅動單元作為礦山機電一體化數控加工中的關鍵部分，本文對此的改造方式為使用標準尺寸測量機械零件，獲取機械零件軸承基準尺寸，呈現數據到顯示屏，調整數據灰度值，將其映射到一個新的范圍內，突出軸承邊緣中部分特征值，識別自然圖像灰度，衡化處理圖像中數據，使邊緣數據直方圖呈現一致方向。由于尺寸測量過程中數據會受到多種外界因素的影響，實際收集數據中敏感元部件受到干擾影響會存在內部噪聲，以此引用數據濾波處理方法，對數據實施中值濾波處理，提取濾波處理后機械零件尺寸標準數據集。設處理后機械零件尺寸標準數據集為，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；指的是獲取的數據量。根據上述公式，可得機電一體化數控加工零件尺寸初期獲取數據集，搭建測量中數據集合空間表達標準軸距，采用三點均勻測量的方式，分析獲取數據與空間標準數據差異性，計算機電一體化數控加工零件邊緣標準尺寸允許誤差[2]。設機電一體化數控加工零件尺寸為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指的是數據表達清晰度；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。結合上述計算公式，明確機電一體化數控加工零件尺寸標準值，考慮到動力距測量具有均勻性，輸出允許最大誤差值，完成對交流伺服驅動單元精準度方面的改造。

1.3 重設機電一體化數控加工坐標系參數

機電一體化數控加工坐標系是在加工原點的基礎上建立坐標，利用加工坐標系對機電一體化幾何體在數控機床上的加工位置定義，在編程過程中道具的軌跡坐標就是根據機電一體化零件的輪廓在加工坐標系的坐標明確的。利用Unigraphics NX軟件的坐標設定功能，設置三個坐標軸，分別為x軸、y軸和z軸，三個坐標軸的方向規定著數控機床導軌的方向，在實際加工過程中應當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，重設機電一體化數控加工坐標系參數，其具體流程為：首先，設定加工坐標系，在加工環境窗口中點擊操作導航裝置，選擇其中的幾何視圖按鈕并勾選MCS選項。設定機電一體化數控的加工坐標系及工作坐標系保持一種，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軟件中創建一個加工操作首先要為該操作制定四個父節點組，包括：程序父節點組、刀具父節點組、加工幾何體父節點組以及加工方法父節點組[3]。程序父節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。刀具父節點組在創建和選擇合適的刀具時，應當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。通過重設機電一體化數控加工坐標系參數，加工幾何體父節點在機電一體化數控加工過程中可以保證加工精度和加工質量。

2 結語

通過礦山機電一體化數控加工的技術改造研究可以看出，礦山機電一體化數控加工的技術是在不斷地研究過程中逐步優化，走向成熟的。因此，本文對礦山機電一體化數控加工的技術進行改造設計是十分必要的，并且具有現實意義，能夠為礦山機電一體化數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控加工技術可以在現實中廣泛投入使用，代替原有的礦山機電一體化數控加工技術，為礦山機電一體化數控加工提供全新的思路，加速推進我國礦山機電一體化數控加工的快速發展。