檢測刀具磨損和破損的方法

        單臺機床的加工，對刀具磨損和破損的監(jiān)測，憑工人的經(jīng)驗，尚能進行正常的生產(chǎn)，而對FMS、CIMS、無人化工廠，必須解決刀具磨損與破損的在線實時監(jiān)測及控制問題。因為及時確定刀具磨損和破損的程度并進行在線實時控制，是提高生產(chǎn)過程自動化程度及保證產(chǎn)品質(zhì)量，避免損壞機床、刀具、工件的關(guān)鍵要素之一。

        監(jiān)測原理監(jiān)測參量的選取監(jiān)測原理監(jiān)測原理框圖監(jiān)測刀具磨損和破損的方法很多，可分為直接測量法和間接測量法兩大類。直接測量法主要有：光學法、接觸電阻法、放射性法等。間接測量法主要有：切削力或功率測量法，刀具和工件測量法，溫度測量法，振動分析法，AE找訂單法，電機電流或功率測量法等。

比較現(xiàn)有的刀具磨損和破損的監(jiān)測方法，各有優(yōu)缺點，我們選取聲發(fā)射(AE)和電機電流信號作為監(jiān)測參量。這是因為AE信號能避開機加工中噪聲影響最嚴重的低頻區(qū)，受振動和聲頻噪聲影響小，在感興趣區(qū)信噪比較高，便于對信號進行處理。響應(yīng)速度快，靈敏度高;但重負荷時，易受干擾。而電機電流信號易于提取，能適應(yīng)所有的機加工過程，對正常的切削加工沒有影響，但易受干擾，時間響應(yīng)慢，輕負荷時，靈敏度低。這樣，同時選AE和電機電流為監(jiān)測信號，就能利用這2個監(jiān)測量的各自長處，互補不足，拓寬監(jiān)測范圍，提高監(jiān)測精度和判別成功率。 找訂單

        切削過程中，當?shù)毒甙l(fā)生磨損和破損時，切削力相應(yīng)發(fā)生變化，切削力的變化引起電機輸出轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，進而導致電機電流發(fā)生相應(yīng)的變化，電流法正是通過監(jiān)測電機電流的變化，實現(xiàn)間接在線實時判斷刀具的磨損和破損。AE是材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂時，以彈性波形的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象。它具有幅值低，頻率范圍寬的特點。試驗及頻譜分析發(fā)現(xiàn)：正常切削產(chǎn)生的AE信號主要是工件材料的塑性變形，其功率譜分布，100kHz以下數(shù)值很大，100kHz以上較小。

        當?shù)毒吣�損和破損時，100kHz以上頻率成分的AE信號要比正常切削找訂單時大得多，特別是100-300kHz之間的頻率成分更大些。為此，應(yīng)通過帶通濾波器，監(jiān)測100-300kHz頻率成分AE信號的變化，對刀具磨損和破損進行監(jiān)測。

        利用AE、電機電流信號綜合對刀具磨損和破損進行判別的原理是：輕負荷區(qū)，依靠AE包絡(luò)信號，用閾值的方法進行判別;在中負荷區(qū)，這時電機電流和AE信號都起作用，用兩者結(jié)合的方法進行判別，提高判別的成功率，具體方法是：如果AE信號超過AE閾值，則置延時常數(shù)為ds(d的數(shù)值依賴于系統(tǒng)構(gòu)成)，如果在ds時間內(nèi)，電流信號也超過電流信號的閾值，則判刀具極限磨損或破損。如果在ds時間內(nèi)，電找訂單流信號未超過電流信號的閾值，則不報警，由延時常數(shù)繼續(xù)監(jiān)測。這種以AE為先導，AE信號和電機電流信號進行“與”的判別模式，既利用了AE信號具有實時、靈敏的特點，又考慮了電機電流信號具有滯后的性質(zhì)，具有較強的抗干擾能力，提高了判別成功率。在大負荷區(qū)，則以電機電流信號為主，AE信號為輔進行判別。下圖為監(jiān)測系統(tǒng)的線路框圖。

        中間一路為電網(wǎng)電壓監(jiān)測線路，通過對電源的波動進行監(jiān)測，消除由于電網(wǎng)電壓波動對監(jiān)測的影響，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。圖中虛線部分為自動減去首切電流線路，目的是自動減去首切電流，以電流的變動量為判別量，提高電流信號監(jiān)測的靈找訂單敏度。