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机械加工过程的传感检测技术
作者:手浪用户2602916903 | 来源:互联网 | 2023-05-19 04:07
2006-04-0523:31:26机械加工过程的传感检测技术
2006-04-05 23:31:26
机械加工过程的传感检测技术
刀具/砂轮的检测传感
切削与磨削过程是重要的材料切除过程。刀具与砂轮磨损到一定限度(按磨钝标准判定)或出现破损(破损、崩刃、烧伤、塑变或卷刀的总称),使它们失去切/磨削能力或无法保证加工精度和加工表面完整性时,称为刀具/砂轮失效。工业统计证明,刀具失效是引起机床故障停机的首要因素,由其引起的停机时间占NC类机床的总停机时间的1/5~1/3。此外,它还可能引发设备或人身安全事故,甚至是重大事故。因此,现代制造领域对刀具与砂轮的失效监视的研究开发由来已久。近20年来,在刀具的破损和磨损监视中有了许多重要的进展,见表1。
表 1 现有切削过程刀具监视状况
与时间关系密切的监视项目
与时间关系不密切的监视项目
· 刀具/砂轮的破损
· 切削力/扭距、切屑状态
· 刀具/砂轮与工件的接触
· 砂轮修整
· 与机床的碰撞
· 颤震或过程异常
· 刀具/砂轮的磨损
· 刀具/砂轮装卡可靠性
· 热变形
· 切/磨削功率
· 刀具/砂轮的补偿
· 冷却润滑
表2与表3分别表示刀具/砂轮磨损和破损的传感方法。
表 2 刀具/砂轮磨损的传感方法
传 感 方 法
应 用 场 合
主 要 特 性
直
接
法
光学图像法
砂轮、刀具磨损传感
分辨率:0.1~0.2μm,精度:1~5μm,实用化要求条件严,主要用于非实时传感检测中
接触法
车刀、钻头
灵敏度:10μm左右,切屑和温度变化的影响
放射线法
各种切削刀具
不切屑、冷却润滑液与切削温度的影响,实用化要求严格的防护,使用存在心理障碍
间
接
法
切削力/扭矩法
车、钻、镗、铣与攻螺纹刀具
灵敏度:20~100μm,其中比切削力法与功率谱分析法有应用前景
功率/电流法
车、铣等刀具
灵敏度低,响应时间长,易使用,价廉
切削温度
车削
灵敏度低,响应时间更长,不能用冷却润滑液
刀具-工件距离探测法
车削等
分辨率:0.5~2μm,用于实验研究中
振动分析法
车、铣削
工作精度主要取决于DDS模型精度,有一定的工业应用前景
声与声振动分析法(AE法、噪声、声振等)
车、铣、镗、钻、攻螺纹、拉削与磨削
多数已实用化,有工业应用前景,识别成功率:90%~97%
多感知融合法
多传感器组合/融合识别
车、铣、镗、钻等高成功率监视
分辨率:≤0.2μm,有工业应用前景,识别成功率高(≤95%)
表 3 刀具/砂轮破损的传感方法
传感参数
传感原理
传感器
主要特性
直
接
法
光学图像
光反射、折射、傅氏传递函数变换、TV摄像
光敏、激光与光纤传感器、CCD、摄像TV
可视性强,检测精度较高,但在线实用化要求严格的使用条件
接触
电阻变化、开关量、磁力线变化
电阻片、集成电阻电路、开关电路、红外、磁间隙传感器
简便,受切削温度、切屑等影响,不能实时监视
间
接
法
切削力
切削力变化、切削分力比率
应变片、动态应变仪、力传感器
灵敏,实用化主要障碍是阈值的确定与安装方便性
扭矩
主电动机、进给或主轴系统的扭矩
应变片、角度传感器、霍尔器件
成本低,较易使用,灵敏度低
功率
主电动机或进给电动机的功率
霍尔器件、互感器、功率表
成本低,易使用,灵敏度低,有商品供应,可实用化
振动
过程振动参数及其变化、FFT分析
加速度传感器、振动传感器、动态测量仪
灵敏,识别较难,有工业应用前景
超声波
接收主动发射的超声波的反射
超声波换能与接收器
受切削振动影响,可实现扭矩限制,主要用于实验研究中
噪声
切削区噪声的模式分析
传声器
可同时识别多种切削状态,识别较复杂,主要用于实验研究中
声发射(AE)
破损时的突发信号识别
多种声发射传感器
灵敏,响应时间短,已开始实用化,有系列产品
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