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檢測(cè)刀具磨損和破損的方法

2014-8-26 9:28:04  來(lái)源:中國(guó)機(jī)械模具網(wǎng)  字體大小:

        單臺(tái)機(jī)床的加工,對(duì)刀具磨損和破損的監(jiān)測(cè),憑工人的經(jīng)驗(yàn),尚能進(jìn)行正常的生產(chǎn),而對(duì)FMS、CIMS、無(wú)人化工廠,必須解決刀具磨損與破損的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制問(wèn)題。因?yàn)榧皶r(shí)確定刀具磨損和破損的程度并進(jìn)行在線實(shí)時(shí)控制,是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度及保證產(chǎn)品質(zhì)量,避免損壞機(jī)床、刀具、工件的關(guān)鍵要素之一。

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

比較現(xiàn)有的刀具磨損和破損的監(jiān)測(cè)方法,各有優(yōu)缺點(diǎn),我們選取聲發(fā)射(AE)和電機(jī)電流信號(hào)作為監(jiān)測(cè)參量。這是因?yàn)锳E信號(hào)能避開(kāi)機(jī)加工中噪聲影響最嚴(yán)重的低頻區(qū),受振動(dòng)和聲頻噪聲影響小,在感興趣區(qū)信噪比較高,便于對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。響應(yīng)速度快,靈敏度高;但重負(fù)荷時(shí),易受干擾。而電機(jī)電流信號(hào)易于提取,能適應(yīng)所有的機(jī)加工過(guò)程,對(duì)正常的切削加工沒(méi)有影響,但易受干擾,時(shí)間響應(yīng)慢,輕負(fù)荷時(shí),靈敏度低。這樣,同時(shí)選AE和電機(jī)電流為監(jiān)測(cè)信號(hào),就能利用這2個(gè)監(jiān)測(cè)量的各自長(zhǎng)處,互補(bǔ)不足,拓寬監(jiān)測(cè)范圍,提高監(jiān)測(cè)精度和判別成功率。 找訂單

        切削過(guò)程中,當(dāng)?shù)毒甙l(fā)生磨損和破損時(shí),切削力相應(yīng)發(fā)生變化,切削力的變化引起電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化,進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)電流發(fā)生相應(yīng)的變化,電流法正是通過(guò)監(jiān)測(cè)電機(jī)電流的變化,實(shí)現(xiàn)間接在線實(shí)時(shí)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(shí),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(diǎn)。試驗(yàn)及頻譜分析發(fā)現(xiàn):正常切削產(chǎn)生的AE信號(hào)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(dāng)?shù)毒吣p和破損時(shí),100kHz以上頻率成分的AE信號(hào)要比正常切削找訂單時(shí)大得多,特別是100-300kHz之間的頻率成分更大些。為此,應(yīng)通過(guò)帶通濾波器,監(jiān)測(cè)100-300kHz頻率成分AE信號(hào)的變化,對(duì)刀具磨損和破損進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

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

        中間一路為電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)線路,通過(guò)對(duì)電源的波動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè),消除由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)監(jiān)測(cè)的影響,提高系統(tǒng)的抗干擾能力。圖中虛線部分為自動(dòng)減去首切電流線路,目的是自動(dòng)減去首切電流,以電流的變動(dòng)量為判別量,提高電流信號(hào)監(jiān)測(cè)的靈找訂單敏度。

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