刀具监测新课件

纲要刀具监测的现状及意义1刀具监测的方法23刀具监控方法的发展趋势4各种刀具监测方法的比较纲要刀具监测的现状及意义1刀具监测的方法23刀具监控方法的发1刀具监控的现状和意义刀具磨损在机械加工中是一种普遍存在的现象，刀具的磨损与磨损状态直接影响着机械加工的精度、效率及经济效益，研究刀具磨损可以大大提高机械加工效率，降低加工成本，具有较大的经济效应。刀具磨损的监测是柔性制造系统研究工程的一个重要课题。1刀具监控的现状和意义刀具磨损在机械加工中是一种普遍存在的近年来，随着高性能CNC机床、FMS以及CIMS的广泛应用，机械加工的效率、加工质量有了明显的提高，同时对全自动化生产也提出了更高的要求，操作人机比由原来的一对一发展到现在的一名操作人员操控多台设备的局面。这样，数控机床系统能否自动监测刀具状态，及时了解正在使用的刀具磨损情况，从而根据刀具寿命、磨损量、刀具破裂等形式的刀具故障对刀具工作状态进行监控，并在刀具磨损达到设定磨损量时报警，就显得非常重要。近年来，随着高性能CNC机床、FMS以及CIMS的广泛应用工业统计表明，刀具失效是引起机床故障的首要因素，由此引起的停机时间占数控机床总停机时间的1/5～1/3。切削加工中，如果刀具磨损不能及时发现，将导致整个加工过程的中断，引起工件报废，甚至整个系统的停止。研究表明，数控机床配备刀具监测系统后可减少75%的故障停机时间，提高生产率10%～60%，提高机床利用率50%以上。美国Kennamtal公司的研究表明，配备刀具监控系统的数控系统，能够节约加工费用达30%。因此研究开发智能监测技术，防止因刀具失效而引起的工件报废、设备损坏并保证机床无故障运行是很重要的。工业统计表明，刀具失效是引起机床故障的首要因素，由此引起的停通常刀具磨损可以分为初期磨损、正常磨损和剧烈磨损三个阶段。刀具磨损过程可用图1表示。通常刀具磨损可以分为初期磨损、正常磨损和剧烈磨损三个阶段。刀2刀具监测方法刀具破损和磨损的监测方法通常都可以分为直接测量法和间测量法两种方法。刀具状态的监测技术一般由传感器信号采集、信号处理及特征提取和状态识别器三部分组成。刀具状态的监测系统最基本结构如图2所示。2刀具监测方法刀具破损和磨损的监测方法通常都可以分为直接测刀具状态监测系统中的传感器主要用于拾取切削过程中发出的各种信号，如切削力、振动、功率、声发射、电流信号等。

刀具监测新课件2.1刀具破损的监测方法传感参数传感原理传感器

主要特征直接法光学图像光反射、折射、傅氏传递函数变换、TV摄像光敏、激光、光纤、光学传感器，电荷耦合器件（CCD）或摄像管可提供直观图像，结果叫精确，受切削条件影响，不易实现实时监视，正在进行使用化开发接触电阻变化、开光量磁力线变化电阻片、印刷电阻电路，开光电路，磁间隙传感器简便，守切削温度、切削力和切削变化影响；不能实时监视；尚待解决可靠性问题2.1刀具破损的监测方法传感参数传感原理传感器传感参数传感原理传感器主要特征间接法切削力切削力变化量切削分力比率应变片，动态应变仪，力传感器灵敏，但动态应变仪难装于机床上；简便，有商品供应，识别的主要障碍是阀值的确定转矩主电动机，主轴或进给系统转矩应变片，电流表等成本低，易使用，已实用，对大钻头破损（折断）探测有效，灵敏度不高功率主电动机或进给电动机功率消耗功率传感器成本低，易使用，灵敏度不高，有商品供应振动切削过程振动及其变化加速度计，振动传感器灵敏，有应用前途和工业使用潜力超声波接收主动发射超声波的反射波超声波换能器与接收器可实现转矩限制，但受切削振动变化的影响，处于研究阶段噪声切削区环境噪声探测分析拾音器尚处于研究阶段声发射（AE）刀具破损时发射的AE信号特征分析声发射传感器灵敏、实用、使用方便、成本适中，是最游戏王的刀具破损探测方法，小量供应市场，有较广泛的工业应用潜力传感参数传感原理传感器主要特征切削力切削力变2.2刀具磨损的监测方法2.2刀具磨损的监测方法刀具监测新课件刀具状态监测的直接法有两个明显的缺点：一是要求停机检测，占用生产时间；二是不能检测出加工过程中出现的突然损坏，使其应用受到一定限制。所以，间接法已成为国内外学者研究的主流。刀具状态监测的直接法有两个明显的缺点：2.3声发射监测法声发射（AcousticEmission，简称AE）刀具监测技术是近期内发展起来，被公认是一种最具潜力的新型监测技术之一，是指当材料受外力或内力作用而产生变形断裂时，以弹性波的形式释放能量的现象。在金属的切削过程中，存在着很多声发射源，如三个切削区材料的弹性变形，工件与刀具之间的摩擦，切屑的折断，刀具的破损等。当刀具发生磨损和破损时，所发出的声发射信号将发生变化。声发射信号是一种高频表面波，在传播过程中衰减很快。一般采用压电传感器拾取信号并尽量靠近切削区。AE检测是声学无损检测的重要方法，当材料的内部结构发生变化，如滑移变形，裂纹扩展等时才能引起能量释放，才能发声，因此AE监测是一种动态无损监测方法。2.3声发射监测法刀具监测新课件目前，在声发射监测中所采用的特征量有均方根值（RMS）能量分析，振铃计数，幅值分布和频谱分析等T.Blum等研究了切削条件的变化对声发射信号的RMS、计数率等的影响，发现声发射信号的RMS值随刀具后刀面磨损程度的加剧而增加，并且随切削用量的加大而增加；计数率与切削速度和进给量成线性增加关系，而总的声发射事件发生率随进给量的增加而减少。目前，在声发射监测中所采用的特征量有均方根值（RMS）能量分上海交通大学的赵曙伟等发现刀具破损时声发射信号能量主要集中在340kHz左右，持续时间短（0.4～0.6ms），能量大，并且能量幅值依破损面积的大小而相应变化。研究结果表明，表征刀具磨损的声发射信号特征量受切削参数的影响很大，因此如何区分由刀具磨削和切削参数变化而引起的特征量的变化十分重要。上海交通大学的赵曙伟等发现刀具破损时声发射信号能量主要集中在3各种监测方法比较由于切削过程的复杂性，影响切削力的因素很多，所以较难建立精确而完善的切削力模型；即使建立了较完善的切削力模型，切削用量的改变引起的切削分力的变化很难与由刀具破损或磨损引起的切削分力的变化区分开；另外，在安装测力装置时需要改装机床结构，使调整和维修很不方便，不利于该方法在生产实际中推广。而切削噪声监测法目前实际使用的监控系统还很少。其中一个重要原因就是采用声音检测法难以在实际的加工车间实行，因为车间的环境噪声通常在90dB左右，此外信号的实时处理技术以及特征提取方法尚有待进一步研究。3各种监测方法比较由于切削过程的复杂性，影响切削力的因素很众所周知，刀具的状态变化可以引起切削力的变化，切削力的变化可以间接的反映机床所消耗功率变化上。但与切削力方法相比较，机床功率法具有测量信号简便，可以避免切削环境中切屑、油、烟、振动等干扰，监控装置易于安装的优点。通过监测电机电流的变化来判别刀具状态，具有电流信号提取方便、传感器安装简单、不受加工环境的影响之特点，因此，便于在生产中应用。众所周知，刀具的状态变化可以引起切削力的变化，切削力的变化可用声发射监测刀具磨损的优点在于：首先，声发射的频率范围远远高于机械振动和环境噪声的频率范围。因此，用高通滤波器很容易得到无干扰的信号。其次，接收声发射的压电晶体传感器也很容易安装在刀具上，而不影响加工过程。第三，AE信号能避开机加工中噪声影响最严重的低频区，受振动和声频噪声影响小，在高频区信噪比较高，便于对信号进行处理。第四，声发射传感器响应速度快，灵敏度高。但是其缺点在于：切削加工中影响AE信号的因素很多，除了刀具磨损外，切屑缠绕、断屑、刀具与工件表面的摩擦以及刀具断裂或崩刃等都会引起AE信号的变化。用声发射监测刀具磨损的优点在于：采用多传感器监测法，是因为多传感器数据融合具有以下优点：能够更加准确地获得被测对象或环境的信息，而且比任何单一传感器所获得信息具有更高的精度和可靠性；通过各传感器的互补，获得某单一传感器所不能获得的独立特征信息；与传统的单一传感器相比，能够以更小的时间、更小的代价获得同样的信息；根据系统的先验知识，通过对多传感器信息的融合处理，可以完成分类、判断、决策等任务。采用多传感器监测法，是因为多传感器数据融合具有以下优点：能够4刀具监测方法的发展趋势随着敏捷制造、自动化等技术的进一步发展，切削过程中刀具状态在线监测技术将会受到越来越多学者和机构的重视。特别是随着加工过程的复杂程度提高，对刀具状态监测也提出了越来越高的要求。研究并开发适合多工艺加工过程的刀具状态监测系统是将该技术应用到加工现场的关键。基于多传感器的刀具状态监测系统能够有效的提高判别精度，是未来刀具监测的发展方向。可选信息的合理组合即系统的最小化和特征信息的全面性矛盾的解决，系统安装方便、可靠实用、对所采集信号灵敏度高的传感器的合理选取与研究开发仍然是当前需要解决的问题。4刀具监测方法的发展趋势随着敏捷制造、自动化等技术的进一步纲要刀具监测的现状及意义1刀具监测的方法23刀具监控方法的发展趋势4各种刀具监测方法的比较纲要刀具监测的现状及意义1刀具监测的方法23刀具监控方法的发1刀具监控的现状和意义刀具磨损在机械加工中是一种普遍存在的现象，刀具的磨损与磨损状态直接影响着机械加工的精度、效率及经济效益，研究刀具磨损可以大大提高机械加工效率，降低加工成本，具有较大的经济效应。刀具磨损的监测是柔性制造系统研究工程的一个重要课题。1刀具监控的现状和意义刀具磨损在机械加工中是一种普遍存在的近年来，随着高性能CNC机床、FMS以及CIMS的广泛应用，机械加工的效率、加工质量有了明显的提高，同时对全自动化生产也提出了更高的要求，操作人机比由原来的一对一发展到现在的一名操作人员操控多台设备的局面。这样，数控机床系统能否自动监测刀具状态，及时了解正在使用的刀具磨损情况，从而根据刀具寿命、磨损量、刀具破裂等形式的刀具故障对刀具工作状态进行监控，并在刀具磨损达到设定磨损量时报警，就显得非常重要。近年来，随着高性能CNC机床、FMS以及CIMS的广泛应用工业统计表明，刀具失效是引起机床故障的首要因素，由此引起的停机时间占数控机床总停机时间的1/5～1/3。切削加工中，如果刀具磨损不能及时发现，将导致整个加工过程的中断，引起工件报废，甚至整个系统的停止。研究表明，数控机床配备刀具监测系统后可减少75%的故障停机时间，提高生产率10%～60%，提高机床利用率50%以上。美国Kennamtal公司的研究表明，配备刀具监控系统的数控系统，能够节约加工费用达30%。因此研究开发智能监测技术，防止因刀具失效而引起的工件报废、设备损坏并保证机床无故障运行是很重要的。工业统计表明，刀具失效是引起机床故障的首要因素，由此引起的停通常刀具磨损可以分为初期磨损、正常磨损和剧烈磨损三个阶段。刀具磨损过程可用图1表示。通常刀具磨损可以分为初期磨损、正常磨损和剧烈磨损三个阶段。刀2刀具监测方法刀具破损和磨损的监测方法通常都可以分为直接测量法和间测量法两种方法。刀具状态的监测技术一般由传感器信号采集、信号处理及特征提取和状态识别器三部分组成。刀具状态的监测系统最基本结构如图2所示。2刀具监测方法刀具破损和磨损的监测方法通常都可以分为直接测刀具状态监测系统中的传感器主要用于拾取切削过程中发出的各种信号，如切削力、振动、功率、声发射、电流信号等。

刀具监测新课件2.1刀具破损的监测方法传感参数传感原理传感器

主要特征直接法光学图像光反射、折射、傅氏传递函数变换、TV摄像光敏、激光、光纤、光学传感器，电荷耦合器件（CCD）或摄像管可提供直观图像，结果叫精确，受切削条件影响，不易实现实时监视，正在进行使用化开发接触电阻变化、开光量磁力线变化电阻片、印刷电阻电路，开光电路，磁间隙传感器简便，守切削温度、切削力和切削变化影响；不能实时监视；尚待解决可靠性问题2.1刀具破损的监测方法传感参数传感原理传感器传感参数传感原理传感器主要特征间接法切削力切削力变化量切削分力比率应变片，动态应变仪，力传感器灵敏，但动态应变仪难装于机床上；简便，有商品供应，识别的主要障碍是阀值的确定转矩主电动机，主轴或进给系统转矩应变片，电流表等成本低，易使用，已实用，对大钻头破损（折断）探测有效，灵敏度不高功率主电动机或进给电动机功率消耗功率传感器成本低，易使用，灵敏度不高，有商品供应振动切削过程振动及其变化加速度计，振动传感器灵敏，有应用前途和工业使用潜力超声波接收主动发射超声波的反射波超声波换能器与接收器可实现转矩限制，但受切削振动变化的影响，处于研究阶段噪声切削区环境噪声探测分析拾音器尚处于研究阶段声发射（AE）刀具破损时发射的AE信号特征分析声发射传感器灵敏、实用、使用方便、成本适中，是最游戏王的刀具破损探测方法，小量供应市场，有较广泛的工业应用潜力传感参数传感原理传感器主要特征切削力切削力变2.2刀具磨损的监测方法2.2刀具磨损的监测方法刀具监测新课件刀具状态监测的直接法有两个明显的缺点：一是要求停机检测，占用生产时间；二是不能检测出加工过程中出现的突然损坏，使其应用受到一定限制。所以，间接法已成为国内外学者研究的主流。刀具状态监测的直接法有两个明显的缺点：2.3声发射监测法声发射（AcousticEmission，简称AE）刀具监测技术是近期内发展起来，被公认是一种最具潜力的新型监测技术之一，是指当材料受外力或内力作用而产生变形断裂时，以弹性波的形式释放能量的现象。在金属的切削过程中，存在着很多声发射源，如三个切削区材料的弹性变形，工件与刀具之间的摩擦，切屑的折断，刀具的破损等。当刀具发生磨损和破损时，所发出的声发射信号将发生变化。声发射信号是一种高频表面波，在传播过程中衰减很快。一般采用压电传感器拾取信号并尽量靠近切削区。AE检测是声学无损检测的重要方法，当材料的内部结构发生变化，如滑移变形，裂纹扩展等时才能引起能量释放，才能发声，因此AE监测是一种动态无损监测方法。2.3声发射监测法刀具监测新课件目前，在声发射监测中所采用的特征量有均方根值（RMS）能量分析，振铃计数，幅值分布和频谱分析等T.Blum等研究了切削条件的变化对声发射信号的RMS、计数率等的影响，发现声发射信号的RMS值随刀具后刀面磨损程度的加剧而增加，并且随切削用量的加大而增加；计数率与切削速度和进给量成线性增加关系，而总的声发射事件发生率随进给量的增加而减少。目前，在声发射监测中所采用的特征量有均方根值（RMS）能量分上海交通大学的赵曙伟等发现刀具破损时声发射信号能量主要集中在340kHz左右，持续时间短（0.4～0.6ms），能量大，并且能量幅值依破损面积的大小而相应变化。研究结果表明，表征刀具磨损的声发射信号特征量受切削参数的影响很大，因此如何区分由刀具磨削和切削参数变化而引起的特征量的变化十分重要。上海交通大学的赵曙伟等发现刀具破损时声发射信号能量主要集中在3各种监测方法比较由于切削过程的复杂性，影响切削力的因素很多，所以较难建立精确而完善的切削力模型；即使建立了较完善的切削力模型，切削用量的改变引起的切削分力的变化很难与由刀具破损或磨损引起的切削分力的变化区分开；另外，在安装测力装置时需要改装机床结构，使调整和维修很不方便，不利于该方法在生产实际中推广。而切削噪声监测法目前实际使用的监控系统还很少。其中一个重要原因就是采用声音检测法难以在实际的加工车间实行，因为车间的环境噪声通常在90dB左右，此外信号的实时处理技术以及特征提取方法尚有待进一步研究。3各种监测方法比较由于切削过程的复杂性，影响切削力的因素很众所周知，刀具的状态变化可以引起切削力的变化，切削力的变化可以间接的反映机床所消耗功率变化上。但与切削力方法相比较，机床功率法具有测量信号简便，可以避免切削环境中切屑、油、烟、振动等干扰，监控装置易于安装的优点。通过监测电机电流的变化来判别刀具状态，具有电流信号提取方便、传感器安装简单、不受加工环境的影响之特点，因此，便于在生产中应用。众所周知，刀具的状态变化可以引起切削力的变化，切削力的变化可用声发射监测刀