CN102501139A - 一种切削加工工具状态在线监控装置 - Google Patents

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彭云峰
郭隐彪
姜涛
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Abstract

一种切削加工工具状态在线监控装置，涉及一种在线监控装置。设有主轴电流测量装置、声发射测量装置、测力装置、信号处理与加工控制装置；主轴电流测量装置设有主轴电流传感器、电流/电压信号转换器、全波整流器；声发射测量装置设有声发射传感器、信号放大器；测力装置设有测力仪、信号放大器；信号处理与加工控制装置设有多通道动态信号分析仪、下位机、上位机；声发射传感器放置在刀具上，发射传感器的测量信号输出端接信号放大器输入端，信号放大器输出端接多通道动态信号分析仪；所述测力仪固定在刀架的底部，测力仪信号输出端接信号放大器输入端，信号放大器输出端接多通道动态信号分析仪输入端。

Description

一种切削加工工具状态在线监控装置
技术领域
本发明涉及一种在线监控装置，尤其是涉及一种切削加工工具状态在线监控装置。
背景技术
在机械加工过程中，为了保证加工精度，对加工系统的状态进行综合的检测是一项非常关键的工作。切削加工在机械加工中有着极为广泛的应用，切削加工使用刀具或者磨具从被加工零件切除多余的材料，刀具作为切削过程中最直接的作用者不可避免地会发生磨损。
目前，机械加工过程中，刀具的磨损和破损是由加工人员根据刀具加工时间及加工过程中产生的振动和噪声加以判断，必要时停机人工观察刀具状态。这些人工辨别方法需要有经验丰富的操作人员，当刀具未达到使用寿命易产生误判断浪费刀具资源，停机检查会造成加工效率的降低，影响产品的生产效率。本发明的目的是为了克服上述不足，发明一种切削在线监控装置。
中国专利CN87104756公开一种微孔钻削微扭矩监控装置，应用在DWZ-1型电脑控制微孔钻上，实现微孔加工进给自动化。其原理是当钻头钻削工件时，受扭矩作用，使高频高速无刷电机产生转差，电机绕组电参数相应改变，取样的电信号通过信息处理系统和模数转换器加到微机进行控制，钻头每进给一个步进当量后测量实际切削扭矩，同在微机内某一单元中存入的钻头临界扭矩进行比较，自动保持正常工作状态。
发明内容
本发明的目的在于克服传统机械加工过程对刀具检测存在的不足，提供一种用于切削加工的在线监控装置。
本发明设有主轴电流测量装置、声发射测量装置、测力装置、信号处理与加工控制装置；所述主轴电流测量装置设有主轴电流传感器、电流/电压信号转换器、全波整流器；声发射测量装置设有声发射传感器、信号放大器；测力装置设有测力仪、信号放大器；信号处理与加工控制装置设有多通道动态信号分析仪、下位机、上位机；主轴电流传感器的主轴电流测量信号输出端接电流/电压信号转换器的输入端，电流/电压信号转换器输出端接全波整流器输入端，全波整流器输出端接下位机；所述声发射传感器放置在刀具上，用于测量刀具与工件接触后噪声的变化，发射传感器的测量信号输出端接信号放大器输入端，信号放大器输出端接多通道动态信号分析仪；所述测力仪固定在刀架的底部，用于测量在同一进给距离刀具所需力的变化，测力仪信号输出端接信号放大器输入端，信号放大器输出端接多通道动态信号分析仪输入端。
所述多通道动态信号分析仪接受声发射装置和测力装置传递出来的信号经过快速傅立叶变换和短时傅立叶变换将其转化为刀具失效的特征信号，多通道动态信号分析仪的特征信号输出端接下位机。下位机接受动态分析仪传递的特征信号和全波整流器的信号，将全波整流器传递过来的电压信号转换成刀具失效的特征信号，并将这些刀具失效特征信号通过下位机内的程序来判断刀具失效的程度，并将下位机执行步骤输出端接上位机。上位机是加工控制部分，接受下位机传递来的执行步骤，控制加工机械是否停机更换刀具。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例的工作流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
如图1所示，本发明实施例设有主轴电流测量装置、声发射测量装置、测力装置、信号处理与加工控制装置。主轴电流测量装置设有主轴电流传感器11、电流/电压信号转换器12、全波整流器13；声发射测量装置设有声发射传感器21、信号放大器22；测力装置设有测力仪31、信号放大器32；信号处理与加工控制装置设有多通道动态信号分析仪41、下位机42、上位机43。
主轴电流传感器选用ABB公司的MP25P1电流传感器，电流/电压信号转换器选用Kyoritsu公司的MODEL 8113电流电压转换器，全波整流器选用威世公司的2KBP005M整流器。监控过程中主轴电流传感器检测主轴P在切削时电流的变化，然后将传感器的信号传递给电流/电压转换器进行转换，下一步将转换后的信号传递给全波整流器，处理完之后的信号交由下位机继续处理。
声发射测量装置的声发射传感器21选用Vallen公司的VS150-M传感器，信号放大器22选用Vallen公司的AEP4前置放大器。将声发射传感器21放置在刀具上，来测量刀具D与工件G接触后噪声的变化，将传感器所测量的信号经过信号放大器的放大传给多通道动态信号分析仪。
测力装置的测力仪31选用丽景公司的MDS测力传感器；信号放大器32选用丽晶公司的TM20信号放大器。将测力仪31固定在刀架D1的底部，来测量在同一进给距离刀具D所需力的变化，将测力仪31测得的信号通过信号放大器32传递给多通道动态信号分析仪41。
信号处理与加工控制装置的多通道信号分析仪41采用思帝公司的DSPT siglab多通道动态信号分析仪；上位机43、下位机42采用两个西门子工控机847C。多通道动态信号分析仪41接受声发射装置和测力装置传递出来的信号经过快速傅立叶变换和短时傅立叶变换将其转化为刀具失效的特征信号，然后将这些特征信号传递给下位机42。下位机42接受动态分析仪传递的特征信号和全波整流器的信号，下位机将全波整流器传递过来的信号进行快速傅立叶变换和短时傅立叶变换，将信号转换成所需要的刀具失效的特征信号；之后，下位机42将这些刀具失效特征的信号集中进行综合的判断，判断刀具是否失效(失效包括刀具的断裂和刀具的磨损)如果刀具D断裂或者刀具的磨损超过所设定的范围则将停机返回原点的指令传给上位机43，上位机43控制刀具返回原点、停机。如果刀具D的磨损在可接受的范围内，下位机42就将调整的指令传递给上位机43，调整的方法可以是调节工作台T的进给速度或者调节主轴P转速与刀具D的进给速度。然后继续监控刀具D的状态，以此方式实现切削在线监控的持续进行。
在图1中，K为用于夹紧工件的G的卡盘，T1为工作台电机，T2为进给电机。

Claims (1)

1.一种切削加工工具状态在线监控装置，其特征在于设有主轴电流测量装置、声发射测量装置、测力装置、信号处理与加工控制装置；所述主轴电流测量装置设有主轴电流传感器、电流/电压信号转换器、全波整流器；声发射测量装置设有声发射传感器、信号放大器；测力装置设有测力仪、信号放大器；信号处理与加工控制装置设有多通道动态信号分析仪、下位机、上位机；主轴电流传感器的主轴电流测量信号输出端接电流/电压信号转换器的输入端，电流/电压信号转换器输出端接全波整流器输入端，全波整流器输出端接下位机；所述声发射传感器放置在刀具上，用于测量刀具与工件接触后噪声的变化，发射传感器的测量信号输出端接信号放大器输入端，信号放大器输出端接多通道动态信号分析仪；所述测力仪固定在刀架的底部，用于测量在同一进给距离刀具所需力的变化，测力仪信号输出端接信号放大器输入端，信号放大器输出端接多通道动态信号分析仪输入端。
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