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机械加工过程的传感检测技术

2006-04-0523:31:26机械加工过程的传感检测技术
2006-04-05 23:31:26

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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


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


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


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


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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手浪用户2602916903
这个家伙很懒,什么也没留下!
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