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刀具磨損和破損綜合監(jiān)測(cè)的技術(shù)方法介紹
日期：2025-11-28 20:10
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摘要：
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基礎上，可分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法兩大類(lèi)。直接測(cè)量法主要有：光學(xué)法空間廣闊、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)量法引領，刀具和工件測(cè)量法能力和水平，溫度測(cè)量法，振動(dòng)分析法將進一步，AE法充分發揮，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)方法成就，各有優(yōu)缺點(diǎn)重要方式，我們選取聲發(fā)射(AE)和電機(jī)電流信號(hào)作為監(jiān)測(cè)參量開展面對面。這是因?yàn)锳E信號(hào)能避開(kāi)機(jī)加工中噪聲影響*嚴(yán)重的低頻區(qū)，受振動(dòng)和聲頻噪聲影響小非常重要，在感興趣區(qū)信噪比較高進一步提升，便于對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。響應(yīng)速度快營造一處，靈敏度高改革創新；但重負(fù)荷時(shí)，易受干擾資源優勢。而電機(jī)電流信號(hào)易于提取高效利用，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)有影響估算，但易受干擾講理論，時(shí)間響應(yīng)慢，輕負(fù)荷時(shí)不要畏懼，靈敏度低服務為一體。這樣，同時(shí)選AE和電機(jī)電流為監(jiān)測(cè)信號(hào)逐漸顯現，就能利用這2個(gè)監(jiān)測(cè)量的各自長(zhǎng)處全會精神，互補(bǔ)不足，拓寬監(jiān)測(cè)范圍拓展基地，提高監(jiān)測(cè)精度和判別成功率集中展示。
切削過(guò)程中，當(dāng)刀具發(fā)生磨損和破損時(shí)體系流動性，切削力相應(yīng)發(fā)生變化探索創新，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)的變化實現了超越，電流法正是通過(guò)監(jiān)測(cè)電機(jī)電流的變化新產品，實(shí)現(xiàn)間接在線(xiàn)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)橋梁作用，以彈性波形的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象新品技。它具有幅值低，頻率范圍寬的特點(diǎn)求得平衡。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紮實做，其功率譜分布，100kHz以下數(shù)值很大至關重要，100kHz以上較小。
當(dāng)刀具磨損和破損時(shí)，100kHz以上頻率成分的AE信號(hào)要比正常切削時(shí)大得多，特別是100-300kHz之間的頻率成分更大些事關全面。為此表現明顯更佳，應(yīng)通過(guò)帶通濾波器，監(jiān)測(cè)100-300kHz頻率成分AE信號(hào)的變化技術節能，對(duì)刀具磨損和破損進(jìn)行監(jiān)測(cè)指導。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)國際要求，依靠AE包絡(luò)信號(hào)流動性，用閾值的方法進(jìn)行判別；在中負(fù)荷區(qū)競爭激烈，這時(shí)電機(jī)電流和AE信號(hào)都起作用持續創新，用兩者結(jié)合的方法進(jìn)行判別，提高判別的成功率空白區，具體方法是：如果AE信號(hào)超過(guò)AE閾值協調機製，則置延時(shí)常數(shù)為ds(d的數(shù)值依賴(lài)于系統(tǒng)構(gòu)成)，如果在ds時(shí)間內(nèi)形勢，電流信號(hào)也超過(guò)電流信號(hào)的閾值實踐者，則判刀具極限磨損或破損。如果在ds時(shí)間內(nèi)約定管轄，電流信號(hào)未超過(guò)電流信號(hào)的閾值數據，則不報(bào)警，由延時(shí)常數(shù)繼續(xù)監(jiān)測(cè)發揮。這種以AE為先導(dǎo)顯著，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)開放以來、靈敏的特點(diǎn)占，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)的抗干擾能力實施體系，提高了判別成功率。在大負(fù)荷區(qū)各有優勢，則以電機(jī)電流信號(hào)為主效果較好，AE信號(hào)為輔進(jìn)行判別。下圖為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的線(xiàn)路框圖持續。中間一路為電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)線(xiàn)路等多個領域，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)的影響產品和服務，提高系統(tǒng)的抗干擾能力應用擴展。圖中虛線(xiàn)部分為自動(dòng)減去首切電流線(xiàn)路，目的是自動(dòng)減去首切電流增多，以電流的變動(dòng)量為判別量活動上，提高電流信號(hào)監(jiān)測(cè)的靈敏度有望。
刀具磨損和破損監(jiān)測(cè)線(xiàn)路框圖
電流信號(hào)的實(shí)際判別公式如下：I=(Ia-Ib)-F(Va-Vb)式中：I為判別電流值；F為電壓變化引起電流變化的比率導向作用，主要為消除電流方案、電壓硬件線(xiàn)路放大倍數(shù)的不一致；Va十大行動、Va分別為監(jiān)測(cè)過(guò)程中采樣的電流和電壓值左右；Ib、Vb則為開(kāi)始切削時(shí)的電流和電壓值綜合措施。實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果刀具磨損和破損的在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是自動(dòng)化機(jī)加工生產(chǎn)線(xiàn)中一個(gè)困難而又重要的問(wèn)題可靠保障，雖然監(jiān)測(cè)刀具磨損和破損的方法很多，但由于實(shí)際切削過(guò)程中環(huán)境惡劣設計標準、刀具和工件的多樣性開展、采集數(shù)據(jù)離散性大等因素，使得實(shí)際監(jiān)測(cè)很困難充分發揮。
若采用單一的監(jiān)測(cè)方法發展成就，無(wú)論是直接法，還是間接法重要方式，由于受到諸如切屑開展面對面、切削液和振動(dòng)的影響，時(shí)間響應(yīng)差和測(cè)試靈敏度的影響非常重要，材料物理性質(zhì)變化的影響進一步提升，切削條件的影響等，監(jiān)測(cè)的有效性和判別成功率受到質(zhì)疑認為。為此系統，可在總結(jié)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用多參量綜合監(jiān)測(cè)法重要意義，充分利用每個(gè)監(jiān)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)交流等，互補(bǔ)不足，拓寬了監(jiān)測(cè)范圍規劃，提高了判別成功率提高。
我們采用AE和電機(jī)電流信號(hào)2個(gè)參量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)進入當下，證明刀具破損監(jiān)測(cè)的效果良好紮實。在CA6410車(chē)床上的鉆孔及車(chē)削外圓實(shí)驗(yàn)在Z512-D臺(tái)鉆上的鉆孔實(shí)驗(yàn)為模擬在加工中心上鉆孔，鉆頭裝夾在車(chē)床主軸卡盤(pán)上新體系，工件夾在刀架上投入力度，鉆孔實(shí)驗(yàn)時(shí)，鉆頭旋轉(zhuǎn)，工件自動(dòng)進(jìn)給貢獻法治，AE傳感器安裝在小刀架上設備製造。實(shí)驗(yàn)鉆削參數(shù)為：鉆頭轉(zhuǎn)速n=900-1120r/min，進(jìn)給量s=0.028-0.039mm/r共享、s=0.1mm/r信息化。用直徑f2.5mm以上鉆頭鉆削23次，用直徑f25mm以下鉆頭鉆削80次生動，總計(jì)鉆削23+80=103次新型儲能，結(jié)果誤報(bào)1次，漏報(bào)2次新品技，判斷成功率為97%範圍。車(chē)削外圓實(shí)驗(yàn)時(shí)，在40Cr鋼和45鋼的圓棒(f800mm×600mm)試件上軸向每隔20-30mm埋入直徑f1.5mm的鉆頭紮實做，為的是在正常外圓車(chē)削實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加速刀具的破損空間廣闊。實(shí)驗(yàn)車(chē)削參數(shù)為：主軸轉(zhuǎn)速n=800r/min，刀具進(jìn)給量s=0.2mm/r提供深度撮合服務，切削深度ap=1-2mm服務品質。在60次破損紀(jì)錄中的判斷成功率為96.7%。工件材料為45鋼組成部分，鉆孔直徑f0.8-2.5mm集成。，鉆頭轉(zhuǎn)速n=480r/min互動講，手動(dòng)進(jìn)給穩定性，鉆孔30次，誤判2次過程中，判斷成功率為93.3%去突破。
比較現(xiàn)有的刀具磨損和破損的監(jiān)測(cè)方法成就，各有優(yōu)缺點(diǎn)重要方式，我們選取聲發(fā)射(AE)和電機(jī)電流信號(hào)作為監(jiān)測(cè)參量開展面對面。這是因?yàn)锳E信號(hào)能避開(kāi)機(jī)加工中噪聲影響*嚴(yán)重的低頻區(qū)，受振動(dòng)和聲頻噪聲影響小非常重要，在感興趣區(qū)信噪比較高進一步提升，便于對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。響應(yīng)速度快營造一處，靈敏度高改革創新；但重負(fù)荷時(shí)，易受干擾資源優勢。而電機(jī)電流信號(hào)易于提取高效利用，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)有影響估算，但易受干擾講理論，時(shí)間響應(yīng)慢，輕負(fù)荷時(shí)不要畏懼，靈敏度低服務為一體。這樣，同時(shí)選AE和電機(jī)電流為監(jiān)測(cè)信號(hào)逐漸顯現，就能利用這2個(gè)監(jiān)測(cè)量的各自長(zhǎng)處全會精神，互補(bǔ)不足，拓寬監(jiān)測(cè)范圍拓展基地，提高監(jiān)測(cè)精度和判別成功率集中展示。
切削過(guò)程中，當(dāng)刀具發(fā)生磨損和破損時(shí)體系流動性，切削力相應(yīng)發(fā)生變化探索創新，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)的變化實現了超越，電流法正是通過(guò)監(jiān)測(cè)電機(jī)電流的變化新產品，實(shí)現(xiàn)間接在線(xiàn)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)橋梁作用，以彈性波形的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象新品技。它具有幅值低，頻率范圍寬的特點(diǎn)求得平衡。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紮實做，其功率譜分布，100kHz以下數(shù)值很大至關重要，100kHz以上較小。
當(dāng)刀具磨損和破損時(shí)，100kHz以上頻率成分的AE信號(hào)要比正常切削時(shí)大得多，特別是100-300kHz之間的頻率成分更大些事關全面。為此表現明顯更佳，應(yīng)通過(guò)帶通濾波器，監(jiān)測(cè)100-300kHz頻率成分AE信號(hào)的變化技術節能，對(duì)刀具磨損和破損進(jìn)行監(jiān)測(cè)指導。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)國際要求，依靠AE包絡(luò)信號(hào)流動性，用閾值的方法進(jìn)行判別；在中負(fù)荷區(qū)競爭激烈，這時(shí)電機(jī)電流和AE信號(hào)都起作用持續創新，用兩者結(jié)合的方法進(jìn)行判別，提高判別的成功率空白區，具體方法是：如果AE信號(hào)超過(guò)AE閾值協調機製，則置延時(shí)常數(shù)為ds(d的數(shù)值依賴(lài)于系統(tǒng)構(gòu)成)，如果在ds時(shí)間內(nèi)形勢，電流信號(hào)也超過(guò)電流信號(hào)的閾值實踐者，則判刀具極限磨損或破損。如果在ds時(shí)間內(nèi)約定管轄，電流信號(hào)未超過(guò)電流信號(hào)的閾值數據，則不報(bào)警，由延時(shí)常數(shù)繼續(xù)監(jiān)測(cè)發揮。這種以AE為先導(dǎo)顯著，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)開放以來、靈敏的特點(diǎn)占，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)的抗干擾能力實施體系，提高了判別成功率。在大負(fù)荷區(qū)各有優勢，則以電機(jī)電流信號(hào)為主效果較好，AE信號(hào)為輔進(jìn)行判別。下圖為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的線(xiàn)路框圖持續。中間一路為電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)線(xiàn)路等多個領域，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)的影響產品和服務，提高系統(tǒng)的抗干擾能力應用擴展。圖中虛線(xiàn)部分為自動(dòng)減去首切電流線(xiàn)路，目的是自動(dòng)減去首切電流增多，以電流的變動(dòng)量為判別量活動上，提高電流信號(hào)監(jiān)測(cè)的靈敏度有望。
刀具磨損和破損監(jiān)測(cè)線(xiàn)路框圖
電流信號(hào)的實(shí)際判別公式如下：I=(Ia-Ib)-F(Va-Vb)式中：I為判別電流值；F為電壓變化引起電流變化的比率導向作用，主要為消除電流方案、電壓硬件線(xiàn)路放大倍數(shù)的不一致；Va十大行動、Va分別為監(jiān)測(cè)過(guò)程中采樣的電流和電壓值左右；Ib、Vb則為開(kāi)始切削時(shí)的電流和電壓值綜合措施。實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果刀具磨損和破損的在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是自動(dòng)化機(jī)加工生產(chǎn)線(xiàn)中一個(gè)困難而又重要的問(wèn)題可靠保障，雖然監(jiān)測(cè)刀具磨損和破損的方法很多，但由于實(shí)際切削過(guò)程中環(huán)境惡劣設計標準、刀具和工件的多樣性開展、采集數(shù)據(jù)離散性大等因素，使得實(shí)際監(jiān)測(cè)很困難充分發揮。
若采用單一的監(jiān)測(cè)方法發展成就，無(wú)論是直接法，還是間接法重要方式，由于受到諸如切屑開展面對面、切削液和振動(dòng)的影響，時(shí)間響應(yīng)差和測(cè)試靈敏度的影響非常重要，材料物理性質(zhì)變化的影響進一步提升，切削條件的影響等，監(jiān)測(cè)的有效性和判別成功率受到質(zhì)疑認為。為此系統，可在總結(jié)現(xiàn)有監(jiān)測(cè)法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用多參量綜合監(jiān)測(cè)法重要意義，充分利用每個(gè)監(jiān)測(cè)量的優(yōu)點(diǎn)交流等，互補(bǔ)不足，拓寬了監(jiān)測(cè)范圍規劃，提高了判別成功率提高。
我們采用AE和電機(jī)電流信號(hào)2個(gè)參量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)進入當下，證明刀具破損監(jiān)測(cè)的效果良好紮實。在CA6410車(chē)床上的鉆孔及車(chē)削外圓實(shí)驗(yàn)在Z512-D臺(tái)鉆上的鉆孔實(shí)驗(yàn)為模擬在加工中心上鉆孔，鉆頭裝夾在車(chē)床主軸卡盤(pán)上新體系，工件夾在刀架上投入力度，鉆孔實(shí)驗(yàn)時(shí)，鉆頭旋轉(zhuǎn)，工件自動(dòng)進(jìn)給貢獻法治，AE傳感器安裝在小刀架上設備製造。實(shí)驗(yàn)鉆削參數(shù)為：鉆頭轉(zhuǎn)速n=900-1120r/min，進(jìn)給量s=0.028-0.039mm/r共享、s=0.1mm/r信息化。用直徑f2.5mm以上鉆頭鉆削23次，用直徑f25mm以下鉆頭鉆削80次生動，總計(jì)鉆削23+80=103次新型儲能，結(jié)果誤報(bào)1次，漏報(bào)2次新品技，判斷成功率為97%範圍。車(chē)削外圓實(shí)驗(yàn)時(shí)，在40Cr鋼和45鋼的圓棒(f800mm×600mm)試件上軸向每隔20-30mm埋入直徑f1.5mm的鉆頭紮實做，為的是在正常外圓車(chē)削實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加速刀具的破損空間廣闊。實(shí)驗(yàn)車(chē)削參數(shù)為：主軸轉(zhuǎn)速n=800r/min，刀具進(jìn)給量s=0.2mm/r提供深度撮合服務，切削深度ap=1-2mm服務品質。在60次破損紀(jì)錄中的判斷成功率為96.7%。工件材料為45鋼組成部分，鉆孔直徑f0.8-2.5mm集成。，鉆頭轉(zhuǎn)速n=480r/min互動講，手動(dòng)進(jìn)給穩定性，鉆孔30次，誤判2次過程中，判斷成功率為93.3%去突破。
