基于振动法的刀具磨损状态监测研究

陈会斌，黄民，马超

（北京信息科技大学 机电工程学院，北京 100192）

0 引 言

随着计算机技术的快速发展，现代机械制造系统正朝着柔性制造系统的方向发展。数控机床在加工过程中，刀具在切削金属的同时自身也会损坏，工业统计数据表明，机床故障中刀具失效导致的停机时间占据了总停机时间的1/3 左右。研究数据表明，安装有刀具监测系统的数控机床生产率提高了10%～60%，机床的利用率也提高了50%，同时也节约了30%左右的成本费用［1］，因此对于机床刀具的实时监测意义重大。通常刀具损坏的形式主要是破损和磨损。破损包含脆性破损和塑性破损，常见的形式有崩刃、裂纹、剥落等。磨损则是指连续的渐进磨损。刀具磨损后，使得工件表面粗糙度变大，加工精度降低，切削温度升高，刀具的振动也明显增大，直至刀具不能正常使用。因此刀具磨损的在线状态监测研究对于加工质量、效率和加工成本，以及精度要求较高的数控机床来说至关重要。刀具磨损的在线监测也是数控自动化柔性制造系统中一个重要的研究课题。

通常将刀具磨损过程划分成三个阶段：初期磨损、中期磨损和剧烈磨损。初期磨损，由于新刀刀刃表面粗糙度不均匀，接触应力比较大，以及表面的加工缺陷导致初期磨损比较快；中期磨损，当过了初期磨损后，刀具刀刃较为平整，此阶段的刀具磨损速度相对较慢，切削过程平稳,这一过程占据了整把刀寿命的90%左右；在剧烈磨损期，刀具正常磨损到一定程度后，刀具和工件的接触情况渐渐恶化，刀刃会钝化，摩擦力会变大，振动增大，直至刀具彻底失去切削能力为止。……