刀具磨损检测装置论文

刀具状态检测方法可分为直接测量法和间接测量法。1.直接测量法直接测量法能够识别刀刃外观、表面质量或几何形状的变化，一般只能在不切削时进行，它有两个明显的缺点：一是要求停机检测；二是不能检测出加工过程中出现的刀具突然破损。国内外采用的刀具磨损量的直接测量法有：电阻测量法、刀具工件间距测量法、光学测量法、放电电流测量法、射线测量法、微结构镀层法及计算机图像处理法。（1）电阻测量法该方法利用待测切削刃与传感器接触产生的电信号脉冲，来测量待测刀具的实际磨损状态。该方法的优点在于传感器价格低廉，缺点是传感器的选材必须十分注意，既要有良好的可切削性，又要对刀具寿命无明显的影响，而且工作不太可靠，因为切屑和刀具上的积屑可能引起传感器接触部分短路，从而影响精度。（2）刀具工件间距测量法切削过程中随着刀具的磨损，刀具与工件间的距离减小，此距离可用电子千分尺、超声波测量仪、气动测量仪、电感位移传感器等进行测量。但是这种方法的灵敏度易受工件表面温度、表面品质、冷却液及工件尺寸等因素的影响，使其应用收到一定限制。（3）光学测量法 光学测量法的原理是磨损区比未磨损区有更强的光反射能力，刀具磨损越大，刀刃反光面积就越大，传感器检测的光通量就越大。由于热应力引起的变形及切削力引起的刀具位移都影响检测结果，所以该方法所测得的结果并非真实的磨损量，而是包含了上述因素在内的一个相对值，此法在刀具直径较大时效果较好。（4）放电电流测量法将切削力刀具与传感器之间加上高压电，在测量回路中流过的（弧光放电）电流大小就取决于刀刃的几何形状（即刀尖到放电电极间的距离）。该方法的优点是可以进行在线检测，检测崩齿、断刀等刀具几何尺寸的变化，但不能精确地测量刀刃的几何尺寸。（5）射线测量法将有放射性的物质掺入刀具材料内，当刀具磨损时，放射性的物质微粒就会随切屑一起通过一个预先设计好的射线测量器。射线测量器中所测得的量是同刀具磨损密切相关的，射线剂量的大小就反映了刀具磨损量的大小。该法的最大弱点是放射性物质对环境的污染大，对人体健康非常不利。此外，尽管此法可以测量刀具的磨损量，并不能准确地测定刀具切削刃的状态。因此，该法仅适用于某些特殊场合，不宜广泛采用。（6）微结构镀层法将微结构导电镀层同刀具的耐磨保护层结合在一起。微结构导电镀层的电阻随着刀具磨损状态的变化而变化，磨损量越大，电阻就越小。当刀具出现崩齿、折断及过度磨损现象时，电阻趋于零。该方法的优点是检测电路简单，检测精度高，可以实现在线检测。缺点是对微结构导电镀层的要求很高：要具有良好的耐磨性、耐高温性和抗冲击性能。（7）计算机图像处理法计算机图像处理法是一种快捷、无接触、无磨损的检测方法，它可以精确地检测每个刀刃上不同形式的磨损状态。这种检测系统通常由CCD摄像机、光源和计算机构成。但由于光学设备对环境的要求很高，而实际生产中刀具的工作环境非常恶劣（如冷却介质、切屑等），故该方法目前仅适用于实验室自动检测。2.间接测量法间接测量法利用刀具磨损或将要破损时的状态对不同的工作参数的影响效果，测量反映刀具磨损、破损的各种影响程度的参量，能在刀具切削时进行检测，不影响切削加工过程，其不足之处在于检测到的各种过程信号中含有大量的干扰因素。尽管如此，随着信号分析处理技术、模式识别技术的发展，这一方法己成为一种主流方法，并取得了很好的效果。国内外采用的刀具磨损的间接测量法有：切削力测量法、机械功率测量法、声发射、热电压测量法、振动信号及多信息融合检测。 （1）声发射信号测量法声发射技术用于监测刀具的磨、破损是近年来声发射在无损检测领域方面新开辟的一个应用领域。其原理是当固体材料在发生变形、断裂和相变时会引起应变能的迅速释放，声发射就是随之产生的弹性应力波。当刀具破损时可检测到幅值较高的AE信号。声发射刀具监控技术被公认是一种最具潜力的新型监控技术，进入80年代以来，国内外致力于开发和应用该技术，已获得较大成果。早在1977年Iwatak和Moriwaki提出了用声发射技术对刀具磨损进行在线检测。在此基础上，Moriwaki提出了声发射刀具破损检测方法。Kannatey-Asibu和Dornfeld从理论上研究了声发射信号的频谱特征，并结合模式识别方法实现了对刀具破损的在线监测。我国声发射监测技术研究尽管起步较晚，但发展迅速。黄惟公采用包络分析法求取刀具磨损中声发射信号的包络线，用时序模型的参数作为特征值，通过神经网络对刀具磨损方程进行辨识，实验证明效果良好；李晓利对镗削过程中的典型AE信号进行FFT分析，通过在频域里AE信号幅值的变化反映刀具磨损状态；袁哲俊对切削过程中的声发射信号进行小波包分解，获取信号各频段的能量分布，以此作为信号特征，并建立基于模糊推理的快速神经网络模型识别刀具磨损状态。由日本Murakami Giken公司研制的chip-55A型刀具破损监控仪采用声发射监控技术，实施对加工过程中刀具状态的监控，该产品与其公司生产的数控铣床配套使用，效果良好。 （2）切削力信号测量法切削力变化是切削过程中与刀具磨、破损状态最为密切相关的一种物理现象。采用切削力作为检测信号，具有拾取容易，反应迅速、灵敏等优点，是在线方法中研究较多、很有希望突破的一种方法，所以是加工中心和FMS中测量刀具破损的常用方法。基于切削力的监测方法，采用的监测数据主要有切削分力，切削分力比，动态切削力的频谱和相关函数等。当刀具破损时，切削力变化敏感。当刀具破损较小时，刀具切削刃不锋利，使切削力增强:当产生崩刃或断刀时，切削深度减少或没有，使切削力剧减。在监测切削力时，在X,Y,Z三个方向上同时对Fx,Fy,Fz三个分力进行测量，依靠装在每个电机上的伺服放大器测量出进给电机和主轴电机的电流变化，并把电流变化传给力阀，在显示器上读出被测量的力，从而判断刀具是否破损。1977年，日本东京电机大学的村幸辰从理论和实验两方面深入研究了不同加工条件和刀具磨损状态下各切削力的变化规律，发现在一定条件下切削分力比是一个能灵敏反映刀具磨损变化的特征量，据此他提出了切削力比监测法；1984年，Lan和Dornfeld的研究表明，切向力和进给力对刀具破损具有较高的敏感性；Shiraishi等通过对加工过程的测量、检测和控制技术的对比研究指出刀具失效的力监测法是最有潜力的方法，有着广阔的工业应用前景，扭矩监测和切削力法一样具有相同的研究价值；成刚虎采用了频段均方值法通过切削力监测刀具的磨损状态；万军利用切削力模型和最小二乘法实现模型自动跟踪加工过程特性变化，从而获取刀具磨损量。在切削力监控技术方面具有代表性的成果是瑞典Sandvik Coromant公司推出的TM-BU-1001型刀具监控仪，该系统采用的力传感器可安装于主轴轴承、进给丝杠，可设置三个门限，一旦超限自动报警。 （3）功率测量法功率测量法也是工业生产中应用潜力很大的方法。该方法是通过测定主轴负荷功率或电流电压相位差及电流波形变化等来确定切削过程中刀具是否破损。该方法具有信号检测方便，可以避免切削环境中切屑、油、烟、振动等因素的干扰，易于安装。潘建岳在对加工中心钻削过程功率信号分析的基础上，提出并采用功率数据的归原处理方法，以此建立了钻头磨损在线监控系统；刘晓胜将回归分析技术和模糊分类相结合，建立了镗削切削参数与电流之间的数学模型，间接的反映刀具磨损量与镗削切削参数的内在联系，并利用功率信号识别刀具磨损量；郭兴提出一种基于人工神经网络的铣刀破损功率监控方法，建立了一个铣刀破损功率监控系统，实验表明该系统能够灵敏的检测出刀具破损并实施监控。袁哲俊系统的研究了切削过程中刀具异常对主电机功率影响的规律，提出了用主电机功率的瞬时值、导数值、静态平均值和动态均方值等多个参数综合监控钻削过程刀具异常状态；万军利用离散自回归AR模型对功率信号进行处理，其模型参数通过适应算法在每个信号采样时刻进行递归修正，以适应切削状况，同时为了区别刀具磨损和切削条件改变引起的功率信号变化，文章引入了归一化偏差处理，当刀具切出工件时其归一化偏差明显比刀具磨损时归一化偏差的变化要小，监控时设报警门限，当归一化偏差超限时，即刻报警，具有良好的效果。成功应用电机功率监控技术具有代表性的厂家是美国Cincinnati milacron公司，该公司开发的刀具监控系统与本公司生产的马刀系列立式加工中心配套使用。 （4）工件尺寸测量法加工中刀尖磨损或破损必然会引起工件尺寸发生变化，通过测量工件己加工表面的尺寸变化量，可以间接判断出刀具的磨损、破损情况。从测量方式看，有接触工件测量的接触式和测量刀具工件之间间隙的非接触式两类。测量工件尺寸方法的优点在于能直接定量给出刀具径向磨损或破损值，并可与加工精度的在线、实时补偿结合起来，保证加工质量，实现精加工中刀具磨损、破损监测的最终目标。其缺点在于，实时测量易受测试环境干扰，冷却液、切屑等影响测量结果;加工中工件、刀具的热膨胀和受力变形、主轴回转精度、进给运动精度、振动等因素也会直接影响测量的精度。此外，在加工变截面工件时，要求传感器进行准确的跟踪定位，由此也会带来定位的误差，并增加了实现的难度。 （5）切削温度测量法切削热也是金属切削过程中的一个重要物理现象，刀具的磨损和破损将导致切削温度的骤增。测量切削温度有三种方式:(l)刀具一工件组成的自然热电偶，可以测出切削区的平均温度，不同的刀具、工件材料需进行标定;(2)固定在刀体内某点，由两种金属丝组成的热电偶，测出的是距离刀刃一定距离处某点的温度，存在温度变化时响应慢、事先准备费时的问题。(3)红外摄像系统，可测出切削区温度场分布，具有灵敏度高，响应时间短的特点，但仪器复杂、成本高，聚焦困难，难以测出切削覆盖处的刀具温度。 （6）刀具与工件接触处电阻测量法测量原理可分为两种:一种是根据刀具磨损使刀具与工件接触面积增大而引起接触电阻减小的效应，这种方法受切削用量影响较大并有绝缘要求；二是在刀具后刀面上贴一层薄膜导体，它随着刀具磨损而消耗，根据其电阻的变化可知刀具后刀面的磨损量。此方法精度高，但需每把刀具都粘贴薄膜电阻，且在高温、高压下薄膜电阻易脱落。该方法应用于实际工况，目前还不太现实。 （7）振动频率测量法刀具在切削过程中，工件与磨损的刀刃部侧面摩擦，会产生不同频率的振动。对这种振动的监测有两种方法:一是把振幅分成高低两部分，在切削过程中对此两部分振幅进行对比;二是把振幅分成几个独立的幅带，用微处理机对这些幅带进行不断地记录及分析，即能监测出刀具后刀面的磨损程度。美国国家标准局自动化研究所在钻削加工中利用振动信息方面取得了成功的经验。研制成的系统是利用装在工件上的加速度传感器对振动信息进行时效分析，识别钻头的磨损并判断钻头的折断。 （8）工件表面粗糙度测量法随着刀具磨损程度的增加或破损的发生，工件己加工表面的粗糙度将呈增大趋势，据此可间接评价出刀具的磨损或破损状况。测量工件表面粗糙度的方法也可分为两类。一类是划针式接触测量，可直接得出表面粗糙度的评价参数R。此类方法仅适于静态测量。目前，绝大多数此类方法仅适用于计量室或实验室环境。另一类是非接触式光学反射测量，得出的是工件表面粗糙度的相对值，自动监测中通常采用光纤传感器和激光测试系统两种类型。此类方法测试效率高，可以不留痕迹地测量软质材料的工件表面，但事先需采用样品标定，受切削液、切屑、工件材质、振动等的影响较大。当前还达不到实际应用水平。（9）电流信号测量法该方法简称MCSA，利用感应电动机的定子电流作为信号分析的切入点，研究其特征与故障的对应关系。其基本原理是：随着刀具磨损的增大，切削力矩增大，机床所消耗的功率增大或电流上升，故 可实现在线检测刀具磨损。MCSA具有测试便利、信息集成度高、传动路径直接、信号提取方便、不受加工环境的影响、价格低、易于移植等特点，在机床这种传动系统封闭、一般传感器比较困难安装的场合，应该是一种值得探索的方法。（10）热电压测量法 热电压测量法利用热点效应原理，即两种不同导体的接触点在受热时，将在两导体的另一端之间产生一个电压，这个电压的大小取决于导体的电特性 及接触点与自由端之间的温度差。当刀具和加工工件是由不同材料构成时，在刀具与工件之间就可以产生一个与切削温度相关的热电压。这个电压就可以作为刀具磨损量的一个度量，因为随着刀具磨损量的增大，热电压也随之增大。该方法的有点是价格便宜，精度较高，使用简便，特别适用于高速加工区，缺点是对传感器材料及精度要求高，只能进行间隔式检测。

智泰影像仪可以用来测量刀具直径、长度、切削及涂层状态的性能数据，识别完好的刀具和破损的刀具，在刀具检测领域起着至关重要的作用。具体的你可以上他们的中国仪器超市网站了解一下。希望这个能帮到你

刀具磨损检测方法大致有2中方式，叫做直接发和间接法。所谓直接发就是直接用肉眼判断刀具的状态，去点就是无法再加工的时候判断刀具状态。所谓间接法是在工件加工的时候检测刀具状态，可以避免工件的浪费和刀具磨损、损坏及其他失效。我司的机床刀具磨损监控器是间接法，可在机床加工过程中提前告知磨损、破坏及其他失效，有效地降低机床加工成本，并提高机床加工效率及加工精度，具有非常大的经济效应。无需对机床本体进行改装，直接把传感器串联到机床的驱动电路中，通过机床电动机的功率信号终端接发器，连接到显示屏幕里监控刀具工作状体。当刀具在加工过程中发生的磨损、破坏、安装不良或发生其他失效时，会引起驱动电动机的功率发生变化，从而判断机床刀具工作状态。

如果是数控机床上的刀具检测，可以安装一个刀具的检测系统，如果刀具出现断裂、磨损、或无刀，都会在该系统上显示，如TECHNA-CHECK.一个美国的牌子

机械工程师职称论文篇二 浅析机械加工精度 摘 要：文章主要针对现阶段机械加工中存在的一些问题，进行了简要的分析与总结，并根据其机械加工的特点，分析3机械和2误差操作的原因，从而进一步完善其机械加工精神。 关键词：机械;加工;精度 1 概述 加工精度与加工误差 作业准确程度说的是部件被作业后真实的长宽高等数据和计算中给出的具体数值之间是否相互合理。这两者之间的具体差距被叫做加工误差。文章主要从这两方面加以分析探讨，从而了解机械加工的作业方法及其原理。 原始误差 因为加工的各种模具与部件相互作用形成一个整体，统称工艺系统。这些因素都是非确定因素，主要包括几何误差和动误差两种。 探究作业准确度的手法 逐个元素剖析与整体剖析。 2 工艺系统的几何误差 加工原理误差 作业原理不准确性说的是运用了相似的作业行动或者是差不多的作业刀具实施作业而导致的不准确性。 机床的几何误差 机床制造不准确、组装不准确和在实际运用中有损坏，都和作业的准确程度密不可分。这中间说的是主轴实施作业、导轨直线作业与传动链作业的不严密。 主轴回转误差。它指主轴每一个时间段的作业弧度、力度都不可能达到完全一致。它具体被分为以下几种：端面圆跳动、径向圆跳动、角度摆动。使得主轴作业存在不精确的具体元素主要在于主轴的不精确、轴承的不精确、它们之间存在一定的缝隙还有就是和轴承相互作业的部件不精确和作业过程中因各种元素导致的变形。主轴作业准确度勘测方法：千分表勘测法与传感器勘测法、增强主轴作业精度的方法有：增强主轴零件的制造，减小部件空隙，运用稳固尖顶支撑。 导轨误差。械器导轨在现实运用中是一个缺一不可的部位，它的制造与组装的准确度都与械器的作业精度有关。它的不准确带来的后果不堪设想会让作业在水平、垂直、作业行进的方向都存在着误差。 传动链。传动链作业的不精确说的是里面关联传动链两头作业的部件相互作业时所产生的误差。普通是把传动链首尾转角的不严密来做考量。降低传动链作业不精确性的手段：在力所能及的范围内减小传动链;减小传动链组装的角度;增强传动链首尾相互连接的制造准确度;在传动链中依照具体的比例增加的基础考量每个传动组件的比例;使用校正装置。 刀具误差 不管哪一种刀具在作业的时候，难以避免的会出现破损，这就会致使作业成果的大小与形态发生细微变化。准确抉择刀具原料，有效地确定刀具具体参数与作业量，确切的保护与维护刀具，适时的运用冷冻液等，都可以在最可能的程度上降低刀具实际上的破损。如果觉得需要还应运用填补方法对刀具磨损的部位实施填补。 装夹和夹具误差 部件组装在夹具上实施械器作业的时候，这个作业程序中导致作业准确程度受损的元素具体有：定位不准确、夹紧程度不准确、对刀不准确、夹具在械器上组装和作业程序中的不准确。 3 工艺体系的作业不准确 工艺系统的受力变形 基础理念。器械作业工艺体系在切削力、传动力、惯性力、动力、夹紧力这些外力之下，必定会产生一定变化，从而使其削刃和工件间的位置产生了变化。 工件刚度。工艺体系中要是工件硬度跟机床、刀具、夹具来说比例很低的话，在外力的压力下，部件因为硬度不够而导致的变化对作业准确性作用非常大，这中间的具体变化能够根据相关的物理公式来计算。 刀具硬度。作业小孔径或深孔，刀杆硬度不好，刀杆承受外力形变导致作业准确度不好。这个具体的形变也可以根据相关的物理公式计算。 机床硬度。机床部件计算并没有合理的计算方式。现在还是依赖试验来断定。机床零件形变和承压不成线，加载弧度与卸载弧度不一样。这两个弧度之间的面积便是加载与卸载作业中消耗的力，它具体损耗在摩擦力的作用与接触作用之下。实施多次卸载作业，这两个角度最后很可能合在一起，这种形变在这个过程中消失。跟机床零件硬度息息相关的元素：连接的面触碰形变的作用，硬度不强的部件，部件间的空隙与磨差力的作用。 工艺系统刚度对加工精度的影响。由于工艺系统刚度变化引起的误差。由于切削力变化引起的误差。由于夹紧变形引起的误差。其它作用力的影响 减少工艺系统受力变形的措施。提高接触刚度，提高工件刚度，提高机床部件的刚度，合理装夹工件以减少夹紧变形。 工艺系统的受热变形 基本概念。引起工艺系统受热变形的有系统内部热源(切削热和摩擦热) 和外部热源。切削热是由切削过程中切削层金属的弹性、塑性变形及刀具与工件、切削间的摩擦所产生的，它由工件、刀具、夹具、机床、切屑、切削热及周围介质传出。摩擦热主要是机床和液压系统中的运动部分产生的外部热源主要是环境温度辩护和热辐射的影响。 减少和控制热变形的主要途径。减少热源的发热。用热补偿方法减少热变形。采用合理的机床部件结构减少热变形，采用对称结构，合理选择机床部件的装配基准。加速达到工艺系统的热平衡状态，控制环境温度。 工件残余应力引起的误差 残余应力是指外部载荷去除后。仍残存在工件内部的应力。产生残余应力的原因：毛坯制造中产生的残余应力，冷校直带来的残余应力，切削加工中产生的残余应力。减少或消除残余应力的措施：合理设计零件结构，对工件进行热处理和时效处理，合理安排工艺过程。 调整误差 在机械加工的每一工序中，总要对工艺系统进行这样或那样的调整工作。由于调整不可能绝对地准确，因而产生调整误差。在工艺系统中，工件、刀具在机床上的互相位置精度，是通过调整机床、刀具、夹具或工件等来保证的。当机床、刀具、夹具和工件毛坯等的原始精度都达到工艺要求而又不考虑动态因素时，调整误差的影响，对加工精度起到决定性的作用。 测量误差 零件在加工时或加工后进行测量时，由于测量方法、量具精度以及工件和主客观因素都直接影响测量精度。 4 提高和保证加工精度的途径 直接减少误差 直接减少误差法在生产中应用广泛，是在查明产生加工误差的主要因素之后，设法对其进行消除或减少的方法。 误差补偿法 误差补偿法，就是认为的造成一种新的原始误差，去抵消原来工艺系统中固有的原始误差，从而减少加工误差，提高加工精度。 均分原始误差法 对加工精度要求高的零件表面，还可以采取在不断试切加工过程中，逐步均化原始误差的方法。此法过程为通过加工使被加工表面原有误差不断缩小和平均化的过程。 误差转移法 误差转移法实质上是将工艺系统的几何误差受力变形和热变形等，转移到不影响加工精度的方向去。 参考文献 [1]郑修本.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1999. [2]吴玉华.金属切削加工技术[M].北京：机械工业出版社，1998. [3]汪尧.工艺系统几何误差对加工精度的影响分析[J].科技信息，2004. [4]张亮峰.机械加工工艺基础与实习[M].北京：高等教育出版社，1999. 看了“机械工程师职称论文两篇”的人还看： 1. 机械工程师职称论文 2. 高级机械工程师职称论文 3. 机械工程师论文范文 4. 职称论文范文 5. 机电工程师职称论文(2)