刀具径向磨损测量设计【文献综述】

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1、毕业设计文献综述机械设计制造及其自动化刀具径向磨损测量设计摘要：为获取变切削条件下刀具磨损量,对刀具磨损补偿值进行了分析研究，使加工过程顺利进行，并综述各种测量方法的原理及特点。关键词：刀具磨损、磨损原因、测量方法Abstract:Toobtainthetoolwearundervaryingcuttingconditions,theamountoftoolwearcompensationvalueoftheanalysisofthemachiningprocesstowork,andsummar

2、izestheprincipleofmeasuringmethodsandcharacteristics.Keywords:toolwear,indirectmeasurement,directmeasurementmeasurementmethod引言随着加工自动化程度的不断提高，特别是柔性制造系统(FMS)的出现，人们越来越重视对加工过程的在线监测。刀具磨损是切削加工过程中不可避免的现象，但刀具一旦发生磨损，不仅会使工件加工精度降低，表面粗糙度增大，而且会导致切削力加大，切削温度升高，甚至产生

3、振动，而中断正常的切削过程[1]。因此，刀具磨损的在线监测是较早提出的研究方向之一。切削过程中，刀具磨损是一个渐进的过程，变化较为缓慢。因此一般切削加工时，操作者可以根据切削过程中的振动、噪声等来估计刀具的磨损程度，考虑是否换刀或刃磨[2]。在自动化加工过程中，则需要系统能够自动判断刀具的磨损程度并及时换刀，以免由于刀具磨损过度而造成的加工质量下降或其他损失[3]。虽然用刀具寿命管理的方法可以防止刀具的磨损和破损，但因为刀具寿命具有随机性，而这种方法对刀具的寿命极限的估计往往过于保守，以致大部分刀

4、具未能充分发挥其作用。在无人化加工系统中，这将意味着换刀次数和刀具费用的增加。因此，切削加工过程中，如何定量、定时地掌握刀具的工作状况，检测与诊断刀具的磨损、崩刃等损伤故障，对于延长机床设备的无故障运行，提高产品质量都非常重要[4]。正文自二十世纪70年代以来，国内外学者对刀具磨破损的监测理论和系统进行了大量的研究到70年代末，国外己研制开发出了用于刀具状态监测用的传感器件，通过测量切削力、振动、噪声和热等，间接反映刀具的磨破损程度。日本、德国生产的NC机床在配置适应性控制系统的同时，设置了带传感

5、器的刀具检测及监控系统，可实时地监测刀具的损伤情况，及时发出信息，防止因刀具失效引起的工件报废和机床故障[5-6]。据称，该系统可避免75％以上的故障，增加有效工时，节省30％以上的加工费用，提高切削效率20％以上。二十世纪90年代，刀具损伤监测及故障诊断技术在高性能微机监测等新技术的推动下，获得进一步发展，其准确性、可靠性、实用性得到进一步提高。刀具损伤监测所用传感器在集成化、数字化及智能化方面取得了新的进展，刀具传感器的品种、规格、用途、测试方法有新的发展，且价格有所降低，从而在机械加工方面开

6、拓了新的应用领域。近年来国内外学者对刀具状态监测技术进行了大量研究，虽然声发射技术是一种较有前途并具有工业应用潜力的监控方法，但是，目前由于种种原因，大多监控法尚不能完全满足工程实际的需要[7]。从传统监测方法来看，声发射监控法的不同工艺系统互换性较差，而且声发射传感器的定位安装也存在一定的困难，安装在刀具或工件上，虽然对信号采集有利，但实际应用存在困难，而如果安装在主轴上或冷却液喷管中，信号则会有一定的衰减；振动传感器的监控位置选择也较困难，其理想的安装位置是加工工件的垂直表面，但在实际加工过程

7、中却同样难以实现：利用电流传感器，检测伺服系统的电流或者功率是一种常用的刀具检测方法，对刀具的破损监测比较有效，对刀具磨损监测则有一定困难；同位索监测法有害健康；电阻监测法需在刀具上印制金属膜电阻，标定和使用都不方便；工件尺寸监测法的结果受工件热膨胀和刀具运动误差的影响。其它的一些方法，诸如超声波、切削力、磁场、振动、温度、应力应变等也存在传感器安装时需对刀具、刀架或机床进行改动，且换刀后需进行传感器标定，以及传感器信号传输电缆与机床原有自动换刀系统不能协调匹配，受轴承、润滑油、连接环节等中问因素

8、的影响，鲁棒性差，评价基准随加工速度、进给量、材料和刀具型号等因素变化需不断修正等问题，它们也是影响实际应用的重要原因[8-9]。实际上，从没有受到干扰的切削过程获取一个合适的参考信号需要大量的工作和较高的技能。即便获得了恰当的参考信号，当应用到工业实际中时，由于工作条件或加工要求的变化，又会出现另外的问题。由于所获得的参考信号是对应特定机床类型和实际切削参数的某种映射，当修改了NC程序或者使用不同的刀具进行切削时，这些参考信号将不能继续使用。目前,监测方法根据切削加工过程和传感器