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间接测量识别道具磨损

间接测量识别道具磨损 2012年08月08日 来源： 金属切削加工时，刀具磨损区常被工件、刀具或切屑遮盖，很难直接测量刀具磨损量。在线测量，一般采用间接方法，以切削过程中的物理量来辨识刀具磨损状态。如切削力、切削温度、振动参数、噪声、声发射、接触电阻、加工表而粗糙度和工件与刀具间相对位移等。目前对于刀具磨损在线监测的应用研究，主要有以下几种方法： (1)检测切削力。大量研究结果表明，在金属切削过程中切削力与刀具磨损、破损有着非常密切的内在联系。各种切削状态的微小变化，都能通过切削力的变化反映出来。特别是随着刀具磨损的逐渐加剧，切削力将随着增大，当刀具破损时，切削力的动态分量与静态分量、高频分量与低频分量都会有明显的变化。切削力的检测，主要分为两大类： 一类是采用通用的测力仪器：另一类是将力敏元件装入机床主轴或进给轴的某个部位上，成为机床的一部分，或者是将力敏元件装入刀具中，成为刀具的一部分。切削力检测法是目前国内外研究与应用最多的监控方法之一。 (2)检测声发射。声发射(Acoustic Emission，简称AE)是金属材料在受力后发生品格位错、裂纹扩散与断裂时，释放出一种高频应力波的脉动信号。在金属切削过程中，存在着很多发声源，如切削材料的弹塑性变形、刀具与工件之间的摩擦、切屑的折断、刀具的磨损与破损等。当刀具发生变化时，AE信号将在时频域内发生相应的变化，因而可依此来判断刀具状态的变化。 声发射方法是刀具磨损与破损检测极为有效的方法，主要是其为高频信号，避开了切削环境噪声的干扰，且与切削机理相联系，切削条件变化影响不大。另外，由于这种信号能直接反应金属材料内部品格的变化，所以有可能对刀具破损进行预报，被认为是一种很有前途的刀具磨损与破损监控方法。 (3)测量功率与电流。当刀具发生磨损与破损时，会引起切削力增大或骤变，从而导致切削功率的相应变化，因此可以利用主轴或进给功率的变化，来监测刀具状态。这种方法的最大优点，是传感器的安装与测量不会对加工过程造成影响，而且方便可行。但是，由于机床电机往往离切削位置较远，再加上机械系统的惯性、滞后、滤波及干涉等作用，使信号在转换过程中发生畸变，所以对刀具破损的突发信号往往不够敏感，特别是小功率切削加工更是如此。其比较适于重型切削监控，如果对功率信号进行适当处理，其实时性与可靠性将进一步提高。 (4)测量切削振动。振动信号被认为是对刀具磨损与破损敏感度较高的一种信号，其与切削加工系统的动态特性密切相关，通常用加速度信号的时域幅值、频域能量分布、模态阻尼变化等，作为刀具状态的判别指标。此种方法具有传感器安装方便、信号处理规范、便于采用通用仪器等优点，但是由于振动信号容易受到加工过程中其他因素的干扰，分析时应对信号进行相应的预处理。 (5)测量切削温度。由金属切削机理可知，刀具的磨损与切削温度的变化密切相关，因此，这一因素可用来监测刀具状态。传统的温度测量方法采用的是热电偶，但在实际切削加工中没有一种工件允许在其内部埋置热电偶，其热惯性大，响应慢，并不适合在线实时监测。 随着红外温度检测技术的不断发展，国内外研究人员开始利用红外辐射的方式，间接监测切削温度。该方法是利用红外传感器聚焦于刀具表而某特定位置，然后通过刀具表而的辐射强度，来检测刀具表面的切削温度，从而通过刀具表而切削温度的变化，来间接识别刀具的状态问。

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