[其他]一种数控机床刀具破磨损的监测方法和装置

说明书

本发明属于柔性车削单元中刀具破磨损监测技术。

在本发明出现之前，国内、外典型的刀具破磨损监测方法和装置有：（Ⅰ）、工件刀具尺寸触发监测方法和装置（文献〔1〕Roe，J.“Touch    Trigger    Probes    on    Machine    Tools”ln.2nd    FMS，PP411-424，IFS（Publication）Ltd.and    North-Holland    Publishing    Company，1983.），它是利用一个触头与工件或刀具刃口接触，产生微量位移使内部电感传感器产生三维信号输出，以用于测量工件和刀具尺寸变化，这种监测方法和装置的缺点是随机性太强、价格昂贵、对机床的定位精度要求高。（Ⅱ）、光洁度或粗糙度监测方法和装置（文献〔2〕R.Brodmann，etal，“An    Optical    lnstrument    for    Measuring    the    Surface    Roughness    in    Production    Control”An.of    the    CIRP    Vol.33/1/1984，P403-406），它是利用工件表面不同的粗糙度对光的反射率不同来测量表面粗糙度的，加工现场空气的污染、工件表面粘附金属粉粒以及冷却润滑液的污染都将严重干扰光测粗糙度的精度和准确性。即使排除污染因素，这种方法也只能适合于精加工使用，而对于粗加工来说，不同的工件材料、不同的刀具材料、不同的刀具几何形状、不同的切削用量、不同的机床、不同类型的工件、不同的冷却润滑条件等，对于相同的刀具磨钝标准将产生大量的不同标准阀值，即使在相同的以上条件下，各个工件的加工在刀具磨钝时，表现出的粗糙度值也相差很大，因而利用数据库中的标定阀值去判断刀具磨钝是极不准确的。（Ⅲ）、声发射监测方法和装置（文献〔3〕DavidlA，etal，“Determination    of    Chip    Forming    States，Using    a    Linear    Discrimeiat    Function    Technique    With    Acoustic    Emission”，The    13th    NAMRC，1985），它是利用刀具刃口在产生微裂纹时，振动频率将产生较大变化的原理来检测刀具破损的，但其方法和装置不能监测刀具磨损，成本高，没有应用于生产实际。

本发明的目的在于提出一种新的监测方法和装置来克服上述监测方法和装置中存在的问题，不依赖大量的实验标定以及存贮这些标定值的数据库或文件，不依赖于某种设定的阀值，系统简单、成本较低、监测准确率高，便于实际生产应用。

本发明是通过对加工表面粗糙度特定Ra或Rz或均方值R的变化率突变的跟踪来实现刀具破磨损的监测的。ISO标准中把评定粗糙度所选定的测量轮廓长度-取样长度1（基本长度、截止波长）分为8个等级，大量实验已经证明了2.5、8、25这三个等级中必然混进波纹度的干扰，为了提取微观粗糙度部分的信息，必须滤除波纹度的干扰，因此，本发明中的Ra或Rz或R特指0.08～0.8这一段的微观粗糙度（在这个范围内，取样长度不仅仅限于0.08、0.25、0.8三种）。另外，还可采取硬件来滤除波纹度的干扰。R_a为在取样长度内，微观粗糙度幅度Y的总和的平均值，用公式近似表示为：

Ra=Σi=1N｜Yi ｜N;]]>

Rz为在取样长度内，从平行于轮廓中心的任意一条线起，到被测量轮廓的五个最高峰和五个最低谷之间的平均距离;R定义为：

（i＝1，2，……k）

Ri＝ 1/(N-2)Σj=1N]]>（Y_j-Y）²（j＝1，2，……N）