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數控加工中刀具狀態的實時檢測

發布時間：2009/5/23 9:09:00 來源：鑫泰科技發布者：admin

1.引言

　　在數控加工中，刀具狀態的檢測具有非常重要的意義，因為刀具的損壞不僅影響加工的質量和效率，而且還可能導致嚴重的機床和人身事故。刀具的損壞有磨損和破損兩種情況，磨損是刀具在加工過程中與工件發生接觸和摩擦而產生的表面材料的消耗的現象；而破損是刀具發生崩刃、斷裂、塑變等而導致刀具失去切削能力的現象，它又包括脆性破損和塑性破損，脆性破損是刀具在機械和沖擊作用下，在尚未發生明顯的磨損而出現的崩刃、碎裂、剝落等。而塑性破損是刀具在切削時，由于高溫、高壓等作用，在與工件相接觸的表面層上發生塑性流動而失去切削能力的現象［1］。目前，對刀具的檢測主要采用人工檢測、離線檢測和在線檢測三種策略。人工檢測即是由工人在加工時憑經驗對刀具的狀態進行檢測；離線檢測就是在加工之前對刀具進行專門檢測，并預測其壽命看是否勝任當前的加工；在線檢測也稱實時檢測，就是在加工的過程中實時對刀具進行檢測，并依據檢測的結果做相應的處理。目前，對刀具檢測的算法也不少，有的采用從理論上計算刀具所受應力的變化來判斷刀具的損壞情況［2］［3］，有的采用時序分析的方法對刀具進行檢測［4］［5］，有的采用神經網絡技術對刀具進行檢測［6］［7］，還有的綜合采用小波變換理論和神經網絡技術對刀具進行檢測［8］，但它們主要從理論上進行探討。考慮到刀具在數控加工中塑性破損比較少見，而磨損對數控的安全性關系不是很大且其可通過離線檢測進行處理，本文以數控加工中常用的球頭刀具為研究對象，對脆性破損中的脆性斷裂的實時檢測進行研究，該類斷裂的發生，將對加工的質量和機床本身產生嚴重的影響。我們認為刀具本身存在著微小的裂紋，并利用神經網絡建立球頭刀具的負載模型，通過在線檢測判斷該微裂紋在此時的負載條件下是否會擴展，若可能擴展，我們就認為該負載是危險的并通過減小刀具的進給量來減小刀具所受的負載，以保證刀具的安全。

2.刀具的實時檢測

　　球頭刀具負載模型的建立
　　如前所述，數控加工時，刀具所受的負載與很多因素有關，但考慮到球頭刀具的特點和實時加工的需要，本文只考慮影響較大的幾個因素，即主軸的轉速、進給速度、切削的深度、加工材料的切削性能四個因素，則球頭負載的模型為
　　f=f(s,v,h,m) (1)
　　其中：f——負載向量；h——切削的深度；

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