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刀具磨損和破損綜合監測的技術方法介紹

發布日期:2017-09-13 瀏覽次數:1050

監測原理監測參量的選取監測原理監測原理框圖監測刀具磨損和破損的方法很多,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。

比較現有的刀具磨損和破損的監測方法,各有優缺點,我們選取聲發射(AE)和電機電流信號作為監測參量。這是因為AE信號能避開機加工中噪聲影響*嚴重的低頻區,受振動和聲頻噪聲影響小,在感興趣區信噪比較高,便于對信號進行處理。響應速度快,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,時間響應慢,輕負荷時,靈敏度低。這樣,同時選AE和電機電流為監測信號,就能利用這2個監測量的各自長處,互補不足,拓寬監測范圍,提高監測精度和判別成功率。

切削過程中,當刀具發生磨損和破損時,切削力相應發生變化,切削力的變化引起電機輸出轉矩發生變化,進而導致電機電流發生相應的變化,電流法正是通過監測電機電流的變化,實現間接在線實時判斷刀具的磨損和破損。AE是材料或結構受外力或內力作用產生變形或斷裂時,以彈性波形的形式釋放出應變能的現象。它具有幅值低,頻率范圍寬的特點。試驗及頻譜分析發現:正常切削產生的AE信號主要是工件材料的塑性變形,其功率譜分布,100kHz以下數值很大,100kHz以上較小。

當刀具磨損和破損時,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,應通過帶通濾波器,監測100-300kHz頻率成分AE信號的變化,對刀具磨損和破損進行監測。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,依靠AE包絡信號,用閾值的方法進行判別;在中負荷區,這時電機電流和AE信號都起作用,用兩者結合的方法進行判別,提高判別的成功率,具體方法是:如果AE信號超過AE閾值,則置延時常數為ds(d的數值依賴于系統構成),如果在ds時間內,電流信號也超過電流信號的閾值,則判刀具磨損或破損。如果在ds時間內,電流信號未超過電流信號的閾值,則不報警,由延時常數繼續監測。這種以AE為先導,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,具有較強的抗干擾能力,提高了判別成功率。在大負荷區,則以電機電流信號為主,AE信號為輔進行判別。下圖為監測系統的線路框圖。中間一路為電網電壓監測線路,通過對電源的波動進行監測,降低由于電網電壓波動對監測的影響,提高系統的抗干擾能力。圖中虛線部分為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,提高電流信號監測的靈敏度。

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聯系人:陳經理

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