数控机床刀具磨损与破损的声发射监测法.pdfVIP

学兔兔 第6期 (总第163期) 机 械 工 程 与 自 动 化 No．6 2010年 12月 MECHAN1CAL ENGINEERING ＆ AUT0MAT10N Dec． 文章编号：1672—6413(2010)06—0131—02 数控机床刀具磨损与破损的声发射监测法 蒙 斌 (兰州石化职业技术学院，甘肃 兰州 730060) 摘要：数控切削加工过程中刀具的磨损与破损是数控机床常见的故障之一，而刀具的磨损与破损程度直接影响 零件的加工质量。所以对刀具状态的实时监测就显得十分关键，阐述了用声发射法对其进行在线监测的方法。 关键词：数控机床；刀具磨损破损；在线监测；声发射法 中图分类号：TG71：TH117 文献标识码：A 0 引言 刀具在破裂时会产生一种弹性波，这种弹性波是 刀具磨损和破损的在线实时监测是自动化加工生 以固体在产生塑性变形和破裂时释放出的能量转换成 产线中一个困难而又重要的问题，它是实现生产过程 声波的形式传播出来的。可以通过在刀具主轴内部装 自动化和无人化、保证产品质量、提高生产效率、减 一 声发射传感器，将刀具破损时产生的特有声波电压 少设备故障的重要手段。但由于实际切削过程中环境 信号拾取下来，作为刀具状态的监测信号。 恶劣、刀具和工件多样性、采集数据离散性大等因素， 此外，反映刀具状态的切削力(扭矩)、主电机功 使得实际监测存在很大的困难。监测刀具磨损和破损 率、电流、切削振动噪声等参数也都可以通过安装在 的方法目前很多，大致可分为直接测量法和间接测量 机床上的相应传感器测得。将这种传感信号作为检测 法两大类。直接测量法主要有光学法、接触电阻法、放 监视系统的输入信号，并进一步转换为电压或电流信 射性法等。间接测量法主要有温度测量法、振动分析 号，然后输入信号处理单元进行预处理和特征量提取， 法、声发射(AE)法、主电机功率或电流监测法等。本 形成表征刀具工况的低维特征量结合，作为识别决策 文主要讨论AE监测法在刀具磨损与破损监测中的应 单元的输入集，最后输出诊断决策信息_2]。 用。 2 数控机床切削过程中声发射(AE)信号的产生 1 切削过程中发生的物理现象及刀具监控原理 物体在状态改变时自动发出声音的现象称为声发 在数控机床的切削过程中，工件在切削力的作用 射。如材料或构件受外力或内力作用产生变形或断裂 下会产生剪切断面，这样便会在刀具的前刀面和后刀 时，就以弹性波的形式释放出应变能量，这是一种声 面产生摩擦磨损，于是就产生切削力，从而产生振动 物理现象。在金属切削过程中产生声发射信号的信号 噪声，在剪切断面与刀具前刀面产生声发射波。与此 源有工件的断裂、工件与刀具的磨损、切削变形、刀 同时，切削力的大部分转变成切削过程的热量，这部 具的破损及工件的塑性变形等，因此，在切削过程中 分热量再通过工艺系统传递给刀具，于是刀具产生高 产生非常丰富的声发射信号。AE信号可分为突发型 温等物理现象。上述这些不正常现象，将使被加工工 和连续型两种。突发型AE信号是在表面开裂时产生 件的尺寸及表面粗糙度都发生变化口]，为了缩小这种 的，其信号幅值较大，各声发射事件之间间隔较长，如 变化对工件加工精度的影响，就需要对刀具的切削状