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刀具磨损状态在线监测技术
2006年3月1日 15:56  来源:中国机电企业网

    AE信号的均方根AERMS是反映AE信号能量大小的一个特征参量。设有信号AE(t),对该信号进行连续采样得到AE1、AE2、AE3…AEi(i=1,2,3…n)n个样本点,则该信号的均方根值可由下式求得为 

    在普通车床C6140上使用YT15硬质合金刀片加工调质45钢(280~300HB),切削参数V=172m/min,ap=0.8mm,f=0.1mm/r条件下经带通滤波(50~120kHz)后得到的AE信号的均方根值AERMS和刀具后面磨损量VB与切削时间t之间的对应关系曲线。
由图2可以看出,刀具后面磨损量VB与AERMS值具有相同的变化趋势,说明随着刀具磨损的加剧,AE信号的能量不断增加。
   

   b. AE信号的振铃计数

   振铃计数实际上也是一个反映信号能量大小的特征参量。如图3所示,声发射信号的振铃计数就是对超过事先规定阈值(VT)的声发射信号进行计数。采样时间内(取1024个采样点)AE信号超过阈值的振铃次数称为该采样时间内的振铃计数。
刀具磨损与AE信号振铃计数之间的关系

    切削加工时间t
   (mm)  初始切削  3  6  9  15 
   后刀面磨损量  0  0.13  0.19  0.22  0.30 
   振铃计数  0  68  253  459  467
   附表给出了切削加工时间t,刀具后面磨损量VB以及振铃计数之间的对应关系。可以看出,随着刀具磨损的加剧,采样时间内超过事先预定阈值的AE信号振铃计数有不断增加的趋势。
研究表明,断屑,切屑缠绕,切屑撞击传感器等干扰所产生的高频AE信号由于其局部峰值较高,通常会引起AERMS值的增加,有时甚至使AERMS值超过阈值,但由于其峰值信号持续时间很短,对振铃计数的影响较小。因此,使用振铃计数能很好地解决干扰信号的影响问题。

    3. 监测方法
    由a分析已知,切削加工中AE信号的来源很多,通过带通滤波(50~120kHz)能在很大程度上减少与刀具磨损状态无关的AE信号的影响,但对一些频带范围较宽的干扰(如切屑撞击传感器)则无法完全排除。为此,笔者使用双阈值判断法,图4为这种监测方法的原理。AERMS值大于阈值时,判断振铃计数是否也达到预先设置的阈值,只有当两者都超过各自的阈值时,才认为刀具已磨损,否则,认为是干扰信号使AERMS超过阈值。
    2 实验及讨论
    根据上述原理和方法,笔者在普通C6140车床上使用YT15硬质合金刀片进行刀具磨损实验,材料选用45钢调质(280~300HB),分别在多组切削参数条件下对刀具磨损状态进行监测,实验结果证明上述监测方法可以很好的解决特定切削条件下刀具磨损的在线监测问题。但是要解决各种不同加工工况的刀具磨损状态在线监测问题,还需要进行大量的研究工作。例如,连续切削但切削参数变化时刀具磨损状态监测方法的研究,间断切削且切削参数变化时刀具磨损规律的研究,以及变切削参数条件下特征参量与刀具后面磨损量VB之间对应关系的研究等。

 
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