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常用的檢測(cè)數(shù)控機(jī)床刀具的狀態(tài)
日期：2009年11月09 來(lái)源：沈陽(yáng)第一機(jī)床廠 關(guān)鍵字：數(shù)控機(jī)床
(1)光學(xué)攥像監(jiān)測(cè)往
這種方法足用工業(yè)電視監(jiān)測(cè)。圖7—3所示是該方法的原理圖。光學(xué)探頭(顯微鏡)接收切削刃部分圖像，輸送給電視攝像機(jī)。根據(jù)圖像上各點(diǎn)輝度不同，信號(hào)數(shù)字化后存入儲(chǔ)存器，再用微機(jī)進(jìn)行圖像處理，濾去干涉信號(hào)后與原來(lái)機(jī)內(nèi)存儲(chǔ)的門檻值(磨損或破損極限)比較數(shù)控機(jī)床，確定刀具損壞程度。如果切削時(shí)切削刃不便觀察，可采用光導(dǎo)纖維獲取圖像，這種力法比較直觀，刀具發(fā)生損壞情況直接顯示在電視屏幕上。但微機(jī)圖像處理需時(shí)較K，技術(shù)也較復(fù)雜，成本高，難于作為自動(dòng)監(jiān)控實(shí)際應(yīng)用。
(2)切削力變化監(jiān)測(cè)往
用切削分力的比值變化或比值的變化串作為監(jiān)測(cè)刀具狀態(tài)的判斷信號(hào)是一種效果較好的方法。例如，車削時(shí)，可用測(cè)力儀測(cè)得三個(gè)分力尸J、尸v、Fz，經(jīng)放大等微機(jī)控制和處理系統(tǒng)的分析后與預(yù)定值進(jìn)行比較，實(shí)時(shí)檢測(cè)刀具是否正常。采用測(cè)力軸承是目前一些數(shù)控機(jī)床和加工中心常用的自動(dòng)臆測(cè)方法，特別是容易破斷的小刀具。切削時(shí)，從刀具傳給主軸的切削力作用在主軸軸承上，這對(duì)于直接在主軸軸承數(shù)控機(jī)床處監(jiān)測(cè)切削力特別有利。刀具自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括主軸上的測(cè)力軸承(即切削力信號(hào)傳感裝置)、放大器和微機(jī)控制分析系統(tǒng)。后者通過(guò)數(shù)據(jù)總線與cNc控制系統(tǒng)相連。作為測(cè)力軸承，可以采用通常的預(yù)加載荷的滾子系列主軸軸承。
軸承上裝有電阻應(yīng)變片，通過(guò)電阻應(yīng)變片可以采集到隨切削力變化的信號(hào)。各應(yīng)變片的連接線通過(guò)電纜線從軸承的軸肩前端引出，把信號(hào)輸入放大器和微機(jī)控制分析系統(tǒng)，與切削力預(yù)定值進(jìn)行比較，判斷刀具的狀態(tài)。
(3)聲發(fā)射監(jiān)測(cè)法
聲發(fā)射(簡(jiǎn)稱AE)足固體材料中發(fā)生變形或破損時(shí)快速釋放出的應(yīng)變能產(chǎn)生的 種彈性波(AE波)，在刀具發(fā)生急劇磨損和破損時(shí)，由AE傳感器臨測(cè)到對(duì)AE波響應(yīng)的聲發(fā)射信號(hào)。這種AE信號(hào)可分為連續(xù)型與突發(fā)型兩類。切削過(guò)程刀具監(jiān)刪系統(tǒng)常用幾十lddz手2MHz頻段內(nèi)的AE信號(hào)。固體材料數(shù)控機(jī)床的彈一塑性變形和正常切削過(guò)程中發(fā)生的AE信號(hào)屬于連續(xù)型的，向刀具急劇磨損和破損時(shí)發(fā)生的足非周期性的突發(fā)型AE信號(hào)。兩類信號(hào)相比，后者的電壓大于前者。圖7-4所示為用戶發(fā)射法監(jiān)測(cè)刀具破損裝置的原理圖。AE傳感器固定在刀桿斤端。輸出的AE信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后傳至聲發(fā)射儀和記錄儀器，得到AE信號(hào)的波形曲線，或者經(jīng)數(shù)字化后送訓(xùn)-算機(jī)處琿系統(tǒng)。正常切削時(shí)，AE信號(hào)有效值的輸出電壓為0．15~0．20V左右，根據(jù)切削條件的不同，刀具急劇磨損和破損時(shí)發(fā)出AE信號(hào)的峰值在150kHz～1MHz范圍內(nèi)，有效值超過(guò)0．2V，達(dá)到1．0V力：右(增益40~50dB時(shí))，功率譜最大譜值增加50％左右，脈沖信號(hào)的幅值急劇增大，脈沖計(jì)數(shù)率增加約1．5—2倍。當(dāng)AE信號(hào)超出預(yù)定的門檻值時(shí)，表明刀具發(fā)生破損，立即報(bào)警數(shù)控機(jī)床換刀。這種方法的關(guān)鍵是選擇合適的增益和門檻值，樣除切削時(shí)的其他背景噪聲信號(hào)的廠擾，提高刀具破損判別的可靠性。
(4)電動(dòng)機(jī)功串變化監(jiān)測(cè)法
用機(jī)床電動(dòng)機(jī)的功率變化作為監(jiān)測(cè)／J具磨損或破損(特別是破損)，是‘種比較實(shí)用而簡(jiǎn)便的方法。當(dāng)?shù)毒吣p急劇增加或突然破損時(shí)，電動(dòng)機(jī)的功率(或電流)發(fā)生較大的波動(dòng)，用功率表或電流計(jì)即刮測(cè)得這種變化，然后采取必要措施。對(duì)于多刀加：L和深孔加工等，這種方法最為方便，因?yàn)槎嗟肚邢鲿r(shí)，很難分別檢測(cè)每把刀具的狀態(tài)，只有綜合監(jiān)測(cè)其加上時(shí)的功率變化，才容易了解其工作狀態(tài)。監(jiān)測(cè)時(shí)，根據(jù)數(shù)控機(jī)床的具體加工情況，預(yù)先設(shè)定——功率門檻值，當(dāng)超過(guò)此值時(shí)，便自動(dòng)報(bào)警。
(5)電感式棒狀刀具破斷檢測(cè)裝置
在鉆模板3上面裝有電感測(cè)頭4。鉆頭通過(guò)導(dǎo)套2鉆孔，鉆頭的導(dǎo)向部分處于電感測(cè)頭4的下面。當(dāng)鉆頭退回原位時(shí)，鉆頭的切削部分正好處于電感測(cè)頭4的下面。—‘旦鉆頭破斷，在退回原位時(shí)，測(cè)量頭的電感量發(fā)生較大的變化，通過(guò)微機(jī)控制分析系統(tǒng)，即司報(bào)警換刀或停機(jī)。在自動(dòng)化加丁系統(tǒng)中，刀具磨損和破損監(jiān)測(cè)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)或理論計(jì)算的刀具磨損與破損耐用度來(lái)執(zhí)行的。該刀具耐用度(或與該耐用度相應(yīng)的切削力、切削功率、AE信號(hào)極限值)可在加千前通過(guò)人機(jī)對(duì)請(qǐng)?jiān)谙到y(tǒng)終端輸入加：1：系統(tǒng)的中央刀庫(kù)數(shù)據(jù)庫(kù)‘》o當(dāng)該刀具累汁切削數(shù)控機(jī)床時(shí)間達(dá)到預(yù)定的耐用度后，刀具將由機(jī)械手或機(jī)器人從機(jī)床或rT，央刀庫(kù)自動(dòng)輸出，無(wú)須人下干預(yù)。經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)，如果該刀具尚未真正達(dá)到磨損或破損極限，則修正預(yù)定的耐用度門檻值后，繼續(xù)使用。如果刀具確實(shí)已經(jīng)損壞，應(yīng)通過(guò)自動(dòng)換刀裝置，換刀后繼續(xù)加下。
隨著現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的單因素單傳感器監(jiān)測(cè)方式和單一模型處理評(píng)判方式己不能滿足高精度的刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)的需求，代之而宋的是多傳感器信息融合技術(shù)。即充分利用多個(gè)傳感器資源，通過(guò)對(duì)它們的合理管理與利用，把多個(gè)傳感器在空間和時(shí)間上的冗余信息或互補(bǔ)信息依據(jù)某種準(zhǔn)則進(jìn)行組合，數(shù)控機(jī)床以獲得被測(cè)對(duì)象的．致性解釋或描述，并利用這——結(jié)論對(duì)被測(cè)對(duì)象進(jìn)行控制或調(diào)整，使該信息系統(tǒng)具有比單個(gè)組成部分的子集所構(gòu)成的系統(tǒng)更為優(yōu)良的性能。
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