數(shù)控立車刀具磨損與破損的檢測方式

　　數(shù)控立車適宜加工中、小型盤、蓋類零件高強度鑄鐵底座、立柱，有良好的穩(wěn)定性和抗震性能立式結(jié)構(gòu)，裝夾工件方便，占地面積小，采用油水分離結(jié)構(gòu)，使冷卻水清潔環(huán)保持久分離式冷卻水箱，便于清洗。

　　數(shù)控立車具有大型正規(guī)立車的精度、功能；無級調(diào)速，主電機變頻調(diào)換轉(zhuǎn)速；增加動力萬能銑頭。精密高剛度彈筒式主軸結(jié)構(gòu)，便于維修主軸套筒全對稱；懸掛式設(shè)計，更好的消除熱變形對加工精度的影響大功率交流主軸電機，增強了機床運轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性主軸采用進口高級潤滑脂潤滑，全封閉，免維護床鞍。

　　立柱導(dǎo)軌采用超重負荷直線滾動導(dǎo)軌，動態(tài)響應(yīng)性能好，精度保持性高配備優(yōu)質(zhì)6工位立式電動刀架，剛性高、換刀迅速、可靠集中式機床操作面板，使操作更加方便；快捷X/Z軸采用高精度滾珠絲杠和絲杠專用軸承，精度保持性好整體式全封閉防護，環(huán)保清潔。

　　單臺數(shù)控立車的加工，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)測刀具磨損和破損測量的方法很多，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(xué)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，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。

　　切削過程中，當(dāng)數(shù)控立車刀具發(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(dǎo)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(dāng)?shù)毒吣p和破損時，100kHz以上頻率成分的AE信號要比正常切削時大得多，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(dǎo)，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。

　　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。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)測的靈敏度。