基于LabVIEW的刀具磨损在线监控系统

自动监测刀具磨损、分析刀具磨损状况是FMS和CIMS中迫切需要解决的词题。文章在LabVIEW技术的基础上，实现了机床主轴电动机电流信号的采集、存储和分析；在线监控电流的变化情况，反映出了刀具的磨损状况，提出了主轴电流与切削参数之间的数学模型。并用试验验证了该系统的有效性和实用性。     

基于切削次数的FANUC刀具寿命管理

由于FANUC传统刀具寿命是基于主轴交换刀具次数进行计数的,无法自动识别刀具是否参与切削,所以空切削会造成刀具寿命的无效计数,使刀具没有到达实际寿命而更换。基于切削次数的刀具寿命管理,是通过实时扭矩和空载扭矩的导数和积分比较,自动识别切削并进行刀具寿命计数的功能,它可以有效避免无效计数,使刀具得到充分利用。     

运用刀具在线监控技术优化汽轮机轮槽刀具寿命

通过刀具在线监控技术监控分析汽轮机轮槽铣刀在切削加工镍基高温合金中的状态,研究刀具在切削加工中的磨损规律,得出优化刀具寿命的可行性方法,以提高刀具的切削寿命。试验结果表明,通过调整刀具的切削参数可提高刀具的切削寿命。     

考虑电流和振动的涂层铣刀磨损规律实验研究

随着切削技术向着高速、高效和干式加工等方向发展,刀具涂层和切削状态监测技术成为影响切削技术发展的主要因素,研究刀具涂层以及刀具磨损引起的切削状态改变对促进制造业发展具有重要意义。利用铣削实验得到了相同切削条件下,不同涂层的3把硬质合金刀具的加工磨损情况。通过分析各个刀具磨损过程中铣削力信号、主轴电流信号以及切削振动信号的变化,得到了无涂层、Ti Al N涂层以及Al Ti N涂层刀具在切削过程中表现出的磨损规律。结果表明:Al Ti N涂层的耐磨性能更好,3把刀具的主轴电流有效值和切削振动信号质心频率的变化均有效反映了刀具磨损情况。在立铣加工过程中,可以将上述两种特征值用于刀具磨损实时在线监测。     

新型机床主轴扭矩传感器

一、问题的提出随着自动化加工技术的发展,切削过程的在线监控已成为现代机械制造业中的关键性技术之一。机床主轴扭矩的实时监控在切削过程的在线监控中占有重要地位。主轴扭矩的时域信号可以携带有关切削过程的大量信息,例如,刀具的磨损、破损和折断,切削用量过大,切屑缠绕,工件材质不均及其它意外事故都能使主轴的扭矩值有所改变。所以,在机床主轴特别是数控机床主轴上设置扭矩实时监控和过载报警保护装置具有重要意义。磁弹性扭矩传感器是一种新型的扭矩检测仪器。它可以实现非接触测量,并具有结构简单、线性度好、输     

监测机床主电机电流判断刀具磨损和破损

随着数控机床、加工中心的应用,及时识别刀具磨损和破损已成为机械加工过程中的一个重要问题。因此,研究了许多监测刀具磨损和破损的方法。如直接测量的机械式法、电阻式法、光电式法以及间接测量的切削负荷监测、切削温度监测、声发射监测等。但因监测系统成本高、安装不方便、正确判断率不高等原因,真正用于生产的很少见。北京理工大学研制了一种监测系统,以监测机床主电机电流来判断刀具磨损和破损。方法简单,成本低,判断正确,可对车、铣、钻等加工刀具进行监测,有一定的实际使用价值。监测原理是利用刀具磨损后的切削力的变化,引起主机主轴扭矩发生变化,进而使主电机电流发生变化。这就可根据主电机电流值的变化情况作出刀具磨损和破损的判断。监测系统框图如图1所示。     

硬质合金刀具车削γ-TiAl合金的失效研究

用YG8硬质合金刀具在不同切削参数下车削γ-Ti Al合金,通过观察刀具失效形貌和测定切削区域的元素成分,分析了切削参数对刀具失效的影响规律,并讨论了不同切削参数下刀具失效机理。结果表明:YG8硬质合金刀具车削γ-Ti Al合金主要有磨损和破损两种失效形式;刀具磨损均以粘结磨损为主,同时会有一定程度的扩散磨损和氧化磨损,氧化磨损和扩散磨损会随着切削参数的提高而加重,导致刀具寿命降低;切削参数过大会导致刀具在极短切削时间内发生破损,同时刀具磨损也会导致刀具在稳定切削一段时间后发生破损。     

加工含镍球墨铸铁时梯度陶瓷刀具的失效机理

研究了Al2O3／TiC梯度陶瓷刀具干切削含镍球墨铸铁的切削性能及损坏机理。结果表明,梯度陶瓷刀具的寿命约为硬质合金YS10刀具的1—2倍,且切削速度愈高,梯度陶瓷刀具的优越性愈显著;其损坏形式：低速切削时,为磨粒磨损;高速切削时,为剥落及粘结磨损。     

基于主轴驱动电流杂波的立铣刀复杂工况下磨损状态辨识

为保证刀具寿命并控制工件废品率,提出一种通过提取主轴驱动电流信号中因刀具磨损和振动异常激发的杂波信号,并利用卷积神经网络实现立铣刀磨损状态辨识的方法.该方法基于刀具磨损和振动异常会导致主轴驱动电流信号出现不规则杂波成分的试验结果,利用傅里叶级数拟合将电流波形分解为反映电流有效值准静态变化的谐波成分和反映立铣刀刃口和后刀面磨损状态以及振动异常的电流杂波信号,然后将电流杂波信号输入到卷积神经网络中进行立铣刀状态特征提取和分类.实验结果表明,该方法可排除切削振动和切削参数对刀具磨损状态辨识准确性的影响,能够实现复杂工况下立铣刀磨损状态的准确辨识,为预测立铣刀剩余寿命和科学制定立铣刀更换规则打下基础.     

基于铣削噪声的刀具状态监测研究

建立了基于铣削噪声的刀具状态监控系统,以研究铣削过程中不同主轴转速、进给速率对刀具磨损状态的影响。试验表明,在2kHz~3kHz频率范围内,切削噪声与刀具磨损有着很好的相关性。在给定加工条件下,该系统能有效识别和预测刀具磨损状态。     

数控机床主动力系统载荷能量损耗系数的计算获取方法

机床量大面广,能量消耗巨大并且能量效率低、能量效率规律复杂,因此机床能量效率的研究和应用正在全球迅速兴起。机床主动力系统载荷能量损耗,是机床最复杂的部分,一般占到机床切削能量的10%~20%,其具体多少决定于载荷损耗系数。针对机床主动力系统载荷损耗系数在线获取非常困难,以及现有获取方法存在切削仪器昂贵、测量过程复杂以及许多机床无法安装等不足,提出一种根据数控机床主动力系统载荷能量损耗数学模型而建立的载荷损耗系数计算获取方法。上述数学模型由三部分组成:基于主电动机的变频器额定功率、额定功率损耗和散热器额定功率等基础参数的变频器功率损耗近似计算模型;基于主电动机额定功率、基频、空载功率和基频下的效率等基础参数的主电动机功率损耗模型;基于机床机械传动系统中每种传动副的数量和载荷效率等基础参数的机械传动系统载荷损耗模型。实际计算时只需获取基础参数和测量机床主动力系统空载功率,便可计算出机床主动力系统的载荷能量损耗系数。基于上述计算方法,计算获取了数控加工中心PL700主动力系统的载荷能量损耗系数。实验结果证实了该方法的准确性和实用性。该方法可广泛用于数控机床的切削功率获取、数控机床能量效率评价和工件能量效率预测及优化等研究和应用中,具有多方面的应用前景。     

基于主轴电流信号多特征融合的刀具磨损状态监测

为实现在正常生产条件下进行刀具磨损的长期在线监测,提出了基于主轴电流信号和粒子群优化支持向量机模型(PSO-SVM)的刀具磨损状态间接监测方法。首先对数控机床主轴电机电流信号进行分析,将与刀具磨损相关的主轴电流信号多个特征参数和EMD能量熵进行特征融合作为输入特征向量;其次,通过粒子群寻优算法(PSO)对支持向量机模型(SVM)参数进行优化,建立基于主轴电流信号融合特征和PSO-SVM理论的刀具磨损状态识别模型;最后,通过实验采集某立式加工中心主轴在刀具不同磨损状态下电流信号进行验证,并与传统SVM模型、BP神经网络模型进行了对比分析。结果表明,所提出的方法具有较高的准确率和较好的泛化能力。能够实现正常生产条件下对刀具磨损的长期在线监测。     

Estimation of the cutting torque without a speed sensor during CNC turning

In this paper, the cutting torque of a CNC machine tool during machining is monitored through the internet. To estimate the cutting torque precisely, the spindle driving system is divided into two parts: electrical induction motor part and mechanical part. A magnetized current is calculated from the measured three-phase stator currents and used for the total torque estimation generated by a spindle motor. Slip angular velocity is calculated from the magnetized current directly, which gets rid of the necessity of a spindle speed sensor. Since the frictional torque changes according to the cutting torque and the spindle rotational speed, an experiment is adopted to obtain the frictional torque as a function of the cutting torque and the spindle rotation speed. Then the cutting torque can be calculated by solving a 2^nd order difference equation at a given cutting condition. A graphical programming method is used to implement the torque monitoring system developed in this study to the computer and at the same time monitor the torque of the spindle motor in real time through the internet. The cutting torque of the CNC lathe is estimated well within an about 3% error range in average in various cutting conditions.     

数控机床刀具磨损监测方法研究

数控机床刀具磨损监测对于提高数控机床利用率,减小由于刀具破损而造成的经济损失具有重要意义.文章有针对性地回顾了国内外各种刀具磨损监测方法的研究工作,详细叙述了切削力监测法、切削噪声监测法、功率监测法、声发射监测法、电流监测法以及基于多传感器监测法等六种刀具磨损监测方法.本文通过比较各种监测方法的优缺点,提出基于多传感器监测法是数控机床刀具磨损监测方法的未来发展的主要方向.     

Real-Time Prediction of Workpiece Errors for a CNC Turning Centre, Part 3. Cutting Force Estimation Using Current Sensors

This paper presents a new method for measurement of cutting force using reliable and inexpensive current sensors. The relationship between the various factors which affect the performance of the spindle and feed drive systems are analysed, together with models of the spindle and feed drive system. The tangential (Ft) and axial cutting forces (Fa) are measured, using a neuro-fuzzy technique, with inexpensive current sensors installed on the a.c. servomotors of a CNC turning centre. The normal cutting pressure (Kn) and effective friction coefficient (Kf ) are calculated using the model of the cutting force and the two cutting forces measured by motor current, then the radial cutting force (Fr) can be calculated based on the model of cutting force. Experimental results show that the method can measure tangential, axial and radial cutting forces within errors of 10%, 5% and 25%, respectively, so the need for controlling or monitoring the cutting processes can be met in practice.     

机床的主轴单元（下）

通过回顾机床主轴发展历程,指出电主轴在高端数控机床的应用日益广泛。继而详尽地阐述了机床主轴单元的设计要点,包括轴承、润滑和冷却以及刀具接口等。接着对主轴的静动态和热性能分析以及建模仿真进行了全面介绍。最后指出主轴的工况监控、智能化和自适应控制是新一代电主轴的重要特征和未来发展趋势。     

TP1000涂层刀具车削淬硬钢的磨损与破损形态

用TP1000涂层刀具对淬硬45钢和淬硬T10A钢进行了正交车削实验,并进行了相应的扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析。结果表明,切削淬硬45钢时,涂层刀具发生了磨损和破损,磨损机理主要是磨料磨损和氧化磨损,破损机理主要是涂层剥落。切削淬硬T10A钢时,涂层刀具主要发生破损,破损机理主要是涂层开裂、剥落和崩刃。     

谈数控机床刀具的监控技术

数控机床刀具中的检测与监控就是采用检测与监控系统通过传感和分析处理相关信息,从而对数控机床运行状态和加工过程进行检测与控制,保证数控机床的加工质量,防止产生废品,减少废品率,提高机械加工生产率,提高加工过程的安全性,优化配置制造资源。而检测与监控系统的成败主要取决于系统所收集的信号即有关监控参数的正确选择,也取决于其物理结构上的传感器和监控器以及硬件和软件系统。     

Tool wear monitoring system for CNC end milling using a hybrid approach to cutting force regulation

A tool wear monitoring system is indispensable for better machining productivity, with the guarantee of machining safety by informing of the time due for changing a tool in automated and unmanned CNC machining. Different from monitoring methods using other signals, the monitoring of the spindle current has been used without requiring additional sensors on the machine tools. For reliable tool wear monitoring, only the current signal from tool wear should be extracted from the other parameters to avoid exhaustive analyses on signals in which all of the parameters are fused together. In this paper, the influences of force components from different parameters on the measured spindle current are investigated, and a hybrid approach to cutting force regulation is employed for tool wear signal extraction from the spindle current. Finally, wear levels are verified with experimental results by means of real-time feedrate aspects, varied to regulate the force component from tool wear.     

自由曲面数控加工中刀具破损的小波分析

介绍了小波变换的特点,并将其与傅立叶变换及快速傅立叶变换进行了对比,结合刀具破损信号,分析了快速小波变换——Mallat算法.对自由曲面数控加工中主轴电机电流信号的提取技术进行了分析,指出了霍尔电流传感器是行之有效的方法.鉴于刀具破损电机电流信号的瞬时性,采用小波分析方法给出了提取刀具破损信息特征的成功应用实例.研究表明,多分辨(多尺度)分析的方法,对于刀具破损这种突变信号不但具有精确的时-频定位作用,还具有易于监测的优点,说明这种方法能够有效地应用于刀具破损监控的信号处理.