切削力监测刀具磨损的一种方法(2)

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-28 原文发表:2007-06-28 人气:1

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由式(3)可以看出，附动力在一般情况下总是对系统做负功，对系统振动起阻尼作用。但是在刀具磨损量VB变化的不同区间，这种阻尼作用有着不同的变化趋势。在(0，VBm)内，随着刀具磨损VB的不断加大，附动力的阻尼作用不断增强。由于刀具磨损量VB本身总是随切削时间的不断延长而增大，所以在这个区间内，系统振动由于附动力不断增强的阻尼作用而具有减弱的趋势。定义这个状态为亚稳态切削状态，显然这种状态对切削加工是有利的。

在区间(VBm，ls)内，AP的变化趋势发生了质的变化。随着加工时间的延长，附动力对系统振动的阻尼作用不断减弱，系统振动出现增强趋势。显然这种状态对切削加工的稳定性是很不利的，特别是使用硬质合金刀具的场合。一方面由于附动力随刀具磨损量的增大而增大，使得刀具的受力状态不断恶化；另一方面系统振动不断增强，切削面积的变化随之剧烈，所以很可能致使刀具发生疲劳崩刃，称这种切削状态为非稳态切削状态。

总之，刀具后刀面的磨损虽不可避免，但在刀具磨损的一定范围内，这个磨损量却起着稳定切削状态的作用。超过了这个范围，刀具便进入非稳态切削状态。应认为这就是一般刀具快速磨损阶段发生崩刃的原因，故应尽量避免刀具进入这种状态。

3 频段均方值及其实验结果

前面已经从理论上得出了这样的结论:随着刀具后刀面磨损量VB的增大，切削力的静态分量和动态分量都将呈现大趋势。对切削力信号而言，是信号的均值和方差均增大。但是无论选择信号方差或者信号均值作为监测刀具磨损的特征量都存在一个失去部分有用信息的不足，均方值同时包含了均值和方差的信息，是一个比较理想的监测特征量。

对切削力信号进行频域分析后发现，在工艺参数选择不变的情况下，切削信号频率结构是很稳定的，其能量大部分集中在某一谱峰附近。为提高信噪比，对切削信号进行带通滤波，然后在整个切削过程中对切削信号进行均方值监测，并测得其变化趋势(947～1 514Hz频段)进给力均方值变化曲线。

实验条件:刀具材料YT15，Kr=57°，Kr'=12°，γ=4°，α=19°，λs=1°；工作硬度HRC53～55，直径D=32mm；主轴转速n=600r/min，切深ac=1mm，进给量f=0.10mm/r，外圆车削，无切削液。

在上述实验中，从均方值变化曲线可知，刀具在3417min时发生了崩刃，但在33.3min时信号均方值即发生了突增，大约突增了2～3倍。这个突增可以作为先兆信号对刀具的磨损阶段进行监测。

对于刀具在发生崩刃之前发生的先兆信号可以做以下解释。从理论上的分析可知，刀具后刀面磨损量VBm在(0，ls)之间存在一个最佳VBm，在VBm到来之前切削状态是亚稳态的；超过了此值，切削状态是非稳态的。刀具发生了崩刃，可能是刀具进入了非稳态切削状态。在上述实验中，可算得VBm≈0144mm，这就是说刀具后刀面磨损量超过了0144mm，刀具进入了非稳态切削态，信号均方值发生了突增。尔后，刀具受力状态的剧烈恶化便导致了崩刃。

4 结语

由于刀具后刀面磨损量VB的存在，动态切削过程中出现了附动力，附动力在一般情况下总是对系统做负功，对系统振动起阻尼作用。

切削力的静态分量和动态分量均与刀具后刀面磨损量VB有关。随VB增大，切削力的静态分量与动态分量同时增大。(3)附动力的阻尼作用性质与刀具后刀面磨损量VB有关。在VB<0.569 1ls时由于附动力的阻尼作用，系统处于亚稳态切削状态。当VB>0.569 1ls时系统处于非稳切削状态。

硬质合金刀具在快速磨损阶段发生崩刃的时候，可能是由于刀具后刀面磨损量超过了一定限度，使得刀具进入了非稳态切削状态，附动力的不断增大和振动的不断增强共同作用于刀具，使得刀具的受力状态发生了巨变所致。

随着刀具后刀面磨损量VB增大，切削力的频率结构并不发生变化，但是分布在主峰附近的信号能量有增大趋势，并且在刀具发生崩刃前其能量要发生一个突变，由此便产生了频段均方值法。 (

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