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刀具检测装置论文

发布时间:2021-10-19 00:39:49

『壹』 常用的刀具磨损,破损检测方法有哪些的论文

(一)论文名称
论文名称就是课题的名字
第一,名称要准确、规范。准确就是论文的名称要把论文研究的问题是什么,研究的对象是什么交待清楚,论文的名称一定要和研究的内容相一致,不能太大,也不能太小,要准确地把你研究的对象、问题概括出来。
第二,名称要简洁,不能太长。不管是论文或者课题,名称都不能太长,能不要的字就尽量不要,一般不要超过20个字。
(二)论文研究的目的、意义研究的目的、意义也就是为什么要研究、研究它有什么价值。这一般可以先从现实需要方面去论述,指出现实当中存在这个问题,需要去研究,去解决,本论文的研究有什么实际作用,然后,再写论文的理论和学术价值。这些都要写得具体一点,有针对性一点,不能漫无边际地空喊口号。主要内容包括:⑴研究的有关背景(课题的提出):即根据什么、受什么启发而搞这项研究。⑵通过分析本地(校)的教育教学实际,指出为什么要研究该课题,研究的价值,要解决的问题。
(三)本论文国内外研究的历史和现状(文献综述)
规范些应该有,如果是小课题可以省略。一般包括:掌握其研究的广度、深度、已取得的成果;寻找有待进一步研究的问题,从而确定本课题研究的平台(起点)、研究的特色或突破点。
(四)论文研究的指导思想
指导思想就是在宏观上应坚持什么方向,符合什么要求等,这个方向或要求可以是哲学、政治理论,也可以是政府的教育发展规划,也可以是有关研究问题的指导性意见等。
(五)论文写作的目标
论文写作的目标也就是课题最后要达到的具体目的,要解决哪些具体问题,也就是本论文研究要达到的预定目标:即本论文写作的目标定位,确定目标时要紧扣课题,用词要准确、精练、明了。常见存在问题是:不写研究目标;目标扣题不紧;目标用词不准确;目标定得过高, 对预定的目标没有进行研究或无法进行研究。
(六)论文的基本内容
研究内容要更具体、明确。并且一个目标可能要通过几方面的研究内容来实现,他们不一定是一一对应的关系。大家在确定研究内容的时候,往往考虑的不是很具体,写出来的研究内容特别笼统、模糊,把写作的目的、意义当作研究内容。
基本内容一般包括:⑴对论文名称的界说。应尽可能明确三点:研究的对象、研究的问题、研究的方法。⑵本论文写作有关的理论、名词、术语、概念的界说。
(七)论文写作的方法
具体的写作方法可从下面选定: 观察法、调查法、实验法、经验总结法、 个案法、比较研究法、文献资料法等。
(八)论文写作的步骤
论文写作的步骤,也就是论文写作在时间和顺序上的安排。论文写作的步骤要充分考虑研究内容的相互关系和难易程度,一般情况下,都是从基础问题开始,分阶段进行,每个阶段从什么时间开始,至什么时间结束都要有规定。课题研究的主要步骤和时间安排包括:整个研究拟分为哪几个阶段;各阶段的起止时间。

『贰』 急求:“铣削加工刀具的特点及刀具材料分析”的论文

了适应制造技术所面临的产品日益多样化、更高的生产效率和环保的要求,相继出现了高速切削、干式切削等新的加工技术。高速切削技术使加工过程中的切削时间显著减少,这是采用了新的刀具材料和涂层所取得的效果。

提高生产率另一种办法就是尽可能减少辅助时间。首先,把复杂零件分解为很多工序并采用很多刀具的加工工艺方法占了很多换刀时间和工序前后的传送时间。减少这些时间对提高生产率就有现实意义。其中一个已被证实了很有效的做法就是用多功能的组合刀具取代功能单一的标准刀具,而正确选{TodayHot}择和合理使用组合刀具才会取得应有的效果。

目前越来越复杂的组合刀具结构被用户所认可。为推动组合刀具的发展和扩大使用范围,刀具制造商在开发这些刀具的同时,必须考虑到用户可能遇到的种种问题,寻求解决办法,采取种种措施,包括开发有一定柔性的可控的刀具、开发新的涂层技术、刀具材料和几何形状,为降低刀具成本,甚至可把刀具的生产基地转移到制造成本低的地区去生产。

但是有柔性的组合刀具只有在不需改造机床或与控制系统能顺利连接时才得以推广;新的组合刀具将把与加工效率有关的每个因素,如基体材料、涂层材料、几何形状等因素,都应针对具体的加工对象予以最佳化,形成综合优势。与此同时,由于辅助时间的节省而提高了这些优势的利用程度,取得提高生产率的效果。这种把提高切削效率和减少辅助时间综合应用的趋势,将推动组合刀具更广泛的应用
(1)刀具材料

高速铣削要求高速刀具材料与被加工材料必须有较小的化学亲和力,具有良好的热稳定性、抗冲击性、耐磨性、抗热疲劳性,并具有优良的力学性能等。

目前,用于高速硬铣削的刀具材料主要有聚晶立方氮化硼(PCBN)、陶瓷、新型硬质合金和涂层硬质合金等,应根据模具材料、刀具几何形状、切削条件三大因素来选择刀具材料。

由于聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具具有很高的硬度和耐磨性,因而适合于高速切削淬硬钢。在加工硬度低于50HRC的工件时,PCBN刀具形成的切屑为长条形,在刀具表面产生月洼磨损,从而缩短刀具寿命。因此,PCBN刀具适合加工硬度高于55~65HRC的材料。

陶瓷刀具的成本低于PCBN刀具,具有良好的热化学稳定性,但其韧性和硬度不如PCBN刀具好。因此,陶瓷刀具比较适合加工相对比较软的材料(HRC≤50)。新型硬质合金和涂层硬质合金刀具成本较低,但切削硬度不如PCBN刀具和陶瓷刀具,一般在40~50HRC之间。

从目前研究情况看,在所有模具高速切削刀具材料中,聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具的性能较好,是进行淬硬钢模具加工的主要刀具材料。

(2)刀具几何参数选择

当刀具材料选定后,刀具几何参数的选择对刀具的寿命和切削速度有较大的影响,一般应选择强度尽可能大的刀片形状,刀尖圆弧半径也尽可能大。

与普通铣削相比,高速铣削时前角应小10°,后角应大5°~8°。高速铣削时,根据加工材料不同刀具的合理参数也不同,在加工淬硬钢时,起重要作用的刀具几何角度是前角γ0和后角α0。高速铣削时合理的前角γ0和后角α0经验值见表1。

表1不同材料的高速切削加工刀具合理的γ0、α0值

工件材料-γ0-α0

铝合金-12°~15°-13°~15°

钢-0°~5°-12°~16°

铸铁-0°-12°

另外,硬切削的切削力大,除要求刀片强度外,对刀杆强度和刚度要求也高。

通过对刀具材料及几何参数、刀具损坏与检测、刀具与机床的连接技术、刀具安全性四个方面分析了高速铣削淬硬模具时对刀具的要求,只有解决好高速铣削刀具这些问题,才有利于模具高速铣削加工技术的推广应用。

『叁』 机床刀具磨损,一般都采用什么方法检测

刀具磨损最常用的方法有以下几个:
1、对数控机床来说,加工前后都使用对刀仪对刀,然后比较对刀数值的差异,该差值就是刀具的磨损量。当然,该方法无法剔除机床热变形的影响,不是很准。如果要很准,就必须都是在机床充分热机的情况下,当机床达到热平衡时测量。
2、对可换刀的机床来说,可以将刀柄与刀具一起卸下了,拿到刀具预调仪上测量,这样可以剔除机床方面的影响。
3、还有一个方法,就是直接测量被加工工件的尺寸。当然,这个方法也包含了机床热变形等误差。

『肆』 谁有关于自动换刀装置的毕业论文呀

XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀装置 论文编号:JX391 论文字数:19362.页数:37 摘要 本论文介绍的是XKA5032A/C数控立式升降台铣床自动换刀装置(刀库式)的设计.刀库式的自动换刀装置是由刀库和刀具交换装置(换刀机械手)组成。它是多工序数控机床上应用最广泛的换刀装置,其整过换刀过程比较复杂。首先把加工过程中需要使用的全部刀具安装在标准的刀柄上,在机床外进行尺寸预调后,按一定的方式装入刀库。换刀时,先在刀库中进行选刀,由机械手从刀库和主轴上取出刀具,然后交换位置,把新刀插入主轴,旧刀放回刀库。存放刀具的刀库具有较大的容量,其容量为六把刀具,采用盘形结构,安装在机床的左侧立柱上。因为XKA5032A/C数控立式升降台铣床外形及其他性能参数等均与THK6363型自动换刀数控镗铣床相似,所以本机床的自动换刀装置的设计将仿效THK6363型自动换刀数控镗铣床换刀装置,设计成采用轴向放置的鼓盘式刀库形式和回转式双臂机械手组成。 刀具按预定工序的先后顺序插入刀库的刀座中,使用时按顺序转到取刀位置。用过的刀具放回原来的刀座内,也可以按加工顺序放入下一个刀座内。该法不需要刀具识别装置,驱动控制也比较简单,工作可靠。但刀库中每一把刀具在不同工序中不能重复使用,为了满足加工需要只有增加刀具的数量和刀库的容量,这就降低了刀具和刀库的利用率。此外,装刀时必须十分谨慎,如果刀具不按顺序装在刀库中,将会产生严重的后果。顺序选刀是在加工之前,将加工零件所需刀具按照工艺要求依次插入刀库的刀套中,顺序不能有差错。加工时按顺序调刀。适合加工批量较大、工件品种数量较少的中、小型自动换刀装置。可知数控铣床用4把刀就可完成大多数的铣削加工。所以这个容量为6把刀的刀库,几乎不存在加工过程中需要重复利用刀具的情况,所以刀具的选择方式确定为顺序选择刀具。 两手互相垂直的回转式单臂双手机械手的优点是换刀动作可靠,换好时间短,缺点是刀柄精度要求高,结构复杂,联机调整的相关精度要求高,机械手离加工区较近。一般来说,这种机械手用于刀库刀座轴线与机床主轴轴线垂直,刀库为径向存取刀具形式的自动换刀装置,因此,在XKA5032A/C数控立式升降铣床的自动换刀装置中可采用这种机械手形式。 关键词:数控铣床;自动换刀装置;刀库;换刀机械手 Abstract This thesis introction is the design that the XKA5032 A/C number controls the sign type working panel lifter miller to change the knife device(the knife database type) automatically.The knife database type automatically change the knife device is have by the knife database and the knife to exchange device(change the knife the machine hand) to constitute.It is many work ordinal numbers to control the top of the tool machine to apply to change the knife device most extensively, it is whole to lead to change the knife process more complicated.First process process in need to be use of all knifes have to install on the haft of the standard, pressing certain way to pack into the knife database after the tool machine carry on size to prepare to adjust outside.Be in the knife database carry on choosing knife first while change the knife, is taken out knife to have from the knife database and the principal axis by the machine hand, then exchange position, insert the new knife into the principal axis, the old knife puts back a knife database.The knife database that deposits knife to have has bigger capacity, its capacity has for six knifes, adopting the dish form structure, the left side that installs in the tool machine signs pillar up.The XKA5032 A/C number controls the sign type working panel lifter miller shape and other function parameter etc.s to all change the knife with THK6363 typeses automatically number to control the boring miller likeness, so this tool machine changes the knife the design of the device to change the knife in the wake of THK6363 typeses automatically automatically the number control the boring miller to change the knife device, the design becomeses the adoption stalk toward the drum dish type knife database form and the turn-over type double the arm machine hand for place to constitute. The knife has to press to schele to the work preface insert the knife of the knife database order of sequence, usage turn to take knife position in order.The knife for using puts back the original knife inside, can also press to process sequence to put into the next knife.That method doesn't need the knife to identify device, driving a control also more simple, work credibility.But the knife database in each knife have in the different work preface and can't repeat an usage, for satisfying to process to need to only increase the capacity of the quantity and the knife database that the knife have, this utilization that lowers knife to have with the knife database.Have to be very careful while packing knife in addition, if the knife doesn't in order have to pack in the knife database, will proce serious result.Sequence's choosing knife is before process, will process the knife that spare parts need to have to request to be one by one in order in the knife set of insert the knife database according to the craft, the sequence can't have mistake.Process adjust knife in order.Suit to process a batch quantity to compare greatly,the work piece the species quantity less of medium,small scaled the auto change the knife device.Can know the number controls miller to use 4 make the knife complete most milling and can pare to process.So this capacity is 6 knife databases of knifes, almost the nonentity process to need to make use of the circumstance that the knife have again in the process, so the knife have of the choice method assurance for in proper order choice the knife have. Two hands are mutual perpendicular of the advantage of the turn-over type single arm hands machine hand change the knife action credibility, changing good time short, the weakness is the haft accuracy to have high request, structure complications, the linking machine adjust of the related accuracy have high request, the machine hand leaves to process area nearer.Generally speaking, this kind of machine hand useds for the knife database knife the stalk line and the tool machine principal axis stalk line perpendicular, the knife database has a form to change the knife device automatically toward the access knife for the path, therefore can adopt this kind of machine hand form in the XKA5032 A/C number control the sign type rise and fall miller the auto change the knife the device. Keywords: numerical control milling machines ;Automatic tool changer ;Tool storage ;tool changing-manipulator 目录 摘要I Abstract II 1 绪论 1 1.1 数控机床知识 1 1.2 数控铣床的分类 1 1.2.1 数控立式铣床 1 1.2.2 卧式数控铣床 2 1.2.3 立、卧式两用数控铣床 2 1.3 数控铣床的结构特征 2 1.3.1 数控铣床的主轴特征 2 1.3.2 控制机床运动的坐标特征 3 1.4 数控铣床的主要功能及加工对象 3 1.4.1 数控铣床的功能 3 1.4.2 自动换刀装置(ATC)及其形式 3 1.4.3 自动换刀装置应当满足的基本要求 5 2 总体方案的确定 5 2.1 XKA5032A/C数控立式升降台铣床及其主要参数 5 2.1.1 其主要结构特点 6 2.1.2 其主要规格及技术参数 6 2.2 初定其自动换刀装置的设计参数 7 2.3 确定其自动换刀装置的形式 7 3 刀库的设计 8 3.1 确定刀库容量 8 3.2 确定刀库形式 9 3.3 刀库结构设计 9 3.4 初估刀库驱动转矩及选定电机 11 3.4.1 初选电动机与降速传动装置 11 3.4.2 初估刀库驱动转矩 11 3.5 刀库转位机构的普通圆柱蜗杆传动的设计 11 3.6 刀库驱动转矩的校核 15 3.7 花键联接的强度计算 15 3.8 夹紧机构插销剪切强度的校核 16 3.9 确定刀具的选择方式 16 3.10 刀库的定位与刀具的松夹 17 4 刀具交换装置的设计 18 4.1 确定换刀机械手形式 18 4.2 换刀机械手的工作原理 19 4.3 机械手的自动换刀过程的动作顺序 20 4.4 机械手回转轴4上的齿轮齿条设计 21 4.5 自动换刀装置的相关技术要求 21 4.5.1 主轴准停装置 21 4.5.2 换刀机械手的安装与调试 22 4.6 自动换刀程序的编制 22 5 自动换刀装置的控制原理 23 5.1 自动换刀装置的液压系统原理图 23 5.2 自动换刀装置换刀动作的顺序控制过程 24 6 典型零件的设计 24 6.1 联轴器 24 6.1.1 联轴器的选用 25 6.1.2 联轴器的校核 25 6.2 选择离合器的类型 25 6.3 蜗杆蜗轮传动设计的一些相关技术要求 25 6.4 托架的设计 25 鸣谢26 参考文献 28 以上回答来自: http://www.lwtxw.com/html/44-5/5084.htm

『伍』 数控加工中心刀具库及其控制系统设计(论文)

==================论文写作方法===========================

『陆』 刀具书籍

夹具、刀具精品书籍资料汇总贴
1. 新型金属切削刀具设计制造与新材料选用及检测标准汇编实用手册
2.超完整夹具零件标准图册-东风汽车公司标准
3.超完整夹具部件标准图册--继夹具零件图册后又一经典
4.《机械制造工艺及专用夹具设计指导》PDG,PDF+书签
5.金属切削刀具汇集
6.刀具刃磨技巧(PDG)
7. 夹具-非标准夹紧装置PDF(搞工装的朋友不可错过的好资料)
8.机械加工常用刀具数据速查手册(值得收藏)
7.《最新刀具、刃具与量具量仪创新设计制造及国内外质量检测标准实用手册》
8. 夹具设计连载(1-6)
9.夹具图集系列
10.先进的设备和工夹具(PDG格式,1984年,(俄))
11.专用夹具的设计方法
12.一本很好的夹具式检具设计的指导文件
13.外圆表面加工常用工艺装备
14.《机床夹具设计手册》
15.国外实用机床夹具.pdf,1985年编译的
16.机床夹具结构图册(PDF格式)
17.《焊接工装夹具及变位机械图册》PDF扫描
18.夹具CAD图库(很规范且实用)
19.《群钻-倪志福钻头》上海科技技术出版社
20.刀具材料及其合理选择(第二版)
21.机床夹具设计实例
22.一种较好的夹具内涨定位方法
23.汽车装焊技术及夹具设计(北京理工大学出版社)
24.装焊夹具设计手册
25.《自动化夹具图集》PDF--实用
26.焊接工装设计基础(航空工业出版社)
27.刀具大串烧,让你一次看过够
28.检验夹具设计(机械工业出版社)
29.《齿轮刀具设计》上下册 袁哲俊等著
30.《刀具刃磨技术》(1985.PDF)
31.刀具的刃磨与研磨(书籍)
32.刀具设计原理与计算 PDF
33. 机械制造工艺与刀具 (书籍)
34.机加基础资料之--孔加工刀具,已上传完毕
35.刀具工程师手册
36.复杂刀具的使用、重磨与检验(书籍)
37.《汽车零件加工用特殊刀具》-强烈推荐三菱综合材料株式会社

35.非标准刀具设计手册——机械工业出版社(pdf)+书签

『柒』 在自动化制造系统中为什么要设置刀具检测和监控装置

这显然是必须的,刀具是保证设备加工精度的前提,如果刀具质控超标其加工出的工件必然会出现问题,甚至会出现废品,所以,在自动化制造系统中设置刀具检测和监控是非常必要的。

『捌』 求一篇有关于“硬质合金刀具”的论文

硬质合金刀具 金属切削加工是用刀具从金属材料(毛坯)上切除多余的部分,目前除了很少一部分零件是采用精密铸造和精密锻造方法获取外,绝大部分零件还是通过刀具切削加工完成。因此,如何提高刀具的性能对保证零件质量、提高劳动生产率、降低成本有着重要的意义。目前所使用的金属切削刀具中常见的有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金等,其中硬质合金的主要成分是碳化钨(WC)和钴(CO),碳化钨的熔点很高,所以硬质合金不仅硬度高,而且能耐高温,切削速度可以比高速钢高4-10倍多,是目前金属切刀削刀具中所使用的主要材料。 硬质合金刀具优点是硬度高,耐热性好、较耐磨,但硬质合金材料性脆、怕冲击、强度和韧性低,对冲击和振动敏感,在加工冲击和振动大的零件时无法使用,只能用切削速度不高的高速钢等。如果能提高硬质合金的强度和韧性及冲击性,在机械加工中对提高生产率,降低成本作用非常大。 而现在加工硬质合金的普遍方法是把碳化钨(WC)和钴(Co)粉末压制成型之后用高温烧结,这样作出的金属晶粒在几微米之间(1微米=1000纳米)。 根据以上理论我们把试验定为二个阶段,制粉和烧结,制粉从2000年六月起,经过二百多次试验,一千多小时的试验记录,用高能球磨机解决了制粉过程中遇到的氧化、团聚、污染、冷焊等难题,使其合金化后碳化钨和钴的合金颗粒在30-50纳米之间。 机械合金化就是把两种或两种以上物质放入球磨罐中,进行高能球磨,粉末颗粒经压延、压合又碾碎,再压合的反复过程,最后获得组织和成分分布均匀,原子间结合非常好的合金粉末,这是最近几年比较流行的制作合金方法,它可以把传统方法无法作出的材料合金化(如铜和铁等),用这种方法作出的钨钴合金的结构质量要远远高于用普通方法作出的质量。第二个问题是烧结,开始我们把钨钴纳米粉末采用普通方法烧结,在烧结过程中晶粒长大很难控制,经分析后认为在长达几小时的高温烧结过程里,原子作不规则运动,有些原子聚集到一起并按一定规则排列,形成自发晶核,所以晶粒变大,因此要想控制晶粒长大,就要在尽可能短的时间达到烧结温度,减少烧结时间。能满足要求的方案我们认为目前只有用大电流烧结,前期我们用电焊机改装了一个烧结装置,实验的结果比较满意,把晶粒控制在100-300纳米之间,但还不够理想,电流要是再大一些,对防止晶粒长大可能还要好一些,因此我们共同设计了一套真空、等静压脉冲烧结设备,真空是为了防止高温氧化,加压是在烧结过程中把烧结块里面的气体排出,使其密度增大,内部质量更好,采用脉冲电源是为了更好的控制电流,最终使晶粒稳定在50-100纳米之间,此设备在制造,四月可完成,,在国外日本和以色列搞过研究,以色列的硬质合金刀具晶粒在300纳米以上,在国际市场上非常有名,占领很大的市场份额,而我国是世界上最主要钨和钴的产地如能搞好此项目意义非常大。

『玖』 刀具磨损的检测与监控方法

刀具状态检测方法可分为直接测量法和间接测量法。

1.直接测量法
直接测量法能够识别刀刃外观、表面质量或几何形状的变化,一般只能在不切削时进行,它有两个明显的缺点:一是要求停机检测;二是不能检测出加工过程中出现的刀具突然破损。国内外采用的刀具磨损量的直接测量法有:电阻测量法、刀具工件间距测量法、光学测量法、放电电流测量法、射线测量法、微结构镀层法及计算机图像处理法。
(1)电阻测量法
该方法利用待测切削刃与传感器接触产生的电信号脉冲,来测量待测刀具的实际磨损状态。该方法的优点在于传感器价格低廉,缺点是传感器的选材必须十分注意,既要有良好的可切削性,又要对刀具寿命无明显的影响,而且工作不太可靠,因为切屑和刀具上的积屑可能引起传感器接触部分短路,从而影响精度。
(2)刀具工件间距测量法
切削过程中随着刀具的磨损,刀具与工件间的距离减小,此距离可用电子千分尺、超声波测量仪、气动测量仪、电感位移传感器等进行测量。但是这种方法的灵敏度易受工件表面温度、表面品质、冷却液及工件尺寸等因素的影响,使其应用收到一定限制。
(3)光学测量法
光学测量法的原理是磨损区比未磨损区有更强的光反射能力,刀具磨损越大,刀刃反光面积就越大,传感器检测的光通量就越大。由于热应力引起的变形及切削力引起的刀具位移都影响检测结果,所以该方法所测得的结果并非真实的磨损量,而是包含了上述因素在内的一个相对值,此法在刀具直径较大时效果较好。
(4)放电电流测量法
将切削力刀具与传感器之间加上高压电,在测量回路中流过的(弧光放电)电流大小就取决于刀刃的几何形状(即刀尖到放电电极间的距离)。该方法的优点是可以进行在线检测,检测崩齿、断刀等刀具几何尺寸的变化,但不能精确地测量刀刃的几何尺寸。
(5)射线测量法
将有放射性的物质掺入刀具材料内,当刀具磨损时,放射性的物质微粒就会随切屑一起通过一个预先设计好的射线测量器。射线测量器中所测得的量是同刀具磨损密切相关的,射线剂量的大小就反映了刀具磨损量的大小。该法的最大弱点是放射性物质对环境的污染大,对人体健康非常不利。此外,尽管此法可以测量刀具的磨损量,并不能准确地测定刀具切削刃的状态。因此,该法仅适用于某些特殊场合,不宜广泛采用。
(6)微结构镀层法
将微结构导电镀层同刀具的耐磨保护层结合在一起。微结构导电镀层的电阻随着刀具磨损状态的变化而变化,磨损量越大,电阻就越小。当刀具出现崩齿、折断及过度磨损现象时,电阻趋于零。该方法的优点是检测电路简单,检测精度高,可以实现在线检测。缺点是对微结构导电镀层的要求很高:要具有良好的耐磨性、耐高温性和抗冲击性能。
(7)计算机图像处理法
计算机图像处理法是一种快捷、无接触、无磨损的检测方法,它可以精确地检测每个刀刃上不同形式的磨损状态。这种检测系统通常由CCD摄像机、光源和计算机构成。但由于光学设备对环境的要求很高,而实际生产中刀具的工作环境非常恶劣(如冷却介质、切屑等),故该方法目前仅适用于实验室自动检测。

2.间接测量法
间接测量法利用刀具磨损或将要破损时的状态对不同的工作参数的影响效果,测量反映刀具磨损、破损的各种影响程度的参量,能在刀具切削时进行检测,不影响切削加工过程,其不足之处在于检测到的各种过程信号中含有大量的干扰因素。尽管如此,随着信号分析处理技术、模式识别技术的发展,这一方法己成为一种主流方法,并取得了很好的效果。国内外采用的刀具磨损的间接测量法有:切削力测量法、机械功率测量法、声发射、热电压测量法、振动信号及多信息融合检测。
(1)声发射信号测量法
声发射技术用于监测刀具的磨、破损是近年来声发射在无损检测领域方面新开辟的一个应用领域。其原理是当固体材料在发生变形、断裂和相变时会引起应变能的迅速释放,声发射就是随之产生的弹性应力波。当刀具破损时可检测到幅值较高的AE信号。声发射刀具监控技术被公认是一种最具潜力的新型监控技术,进入80年代以来,国内外致力于开发和应用该技术,已获得较大成果。早在1977年Iwatak和Moriwaki提出了用声发射技术对刀具磨损进行在线检测。在此基础上,Moriwaki提出了声发射刀具破损检测方法。Kannatey-Asibu和Dornfeld从理论上研究了声发射信号的频谱特征,并结合模式识别方法实现了对刀具破损的在线监测。我国声发射监测技术研究尽管起步较晚,但发展迅速。黄惟公采用包络分析法求取刀具磨损中声发射信号的包络线,用时序模型的参数作为特征值,通过神经网络对刀具磨损方程进行辨识,实验证明效果良好;李晓利对镗削过程中的典型AE信号进行FFT分析,通过在频域里AE信号幅值的变化反映刀具磨损状态;袁哲俊对切削过程中的声发射信号进行小波包分解,获取信号各频段的能量分布,以此作为信号特征,并建立基于模糊推理的快速神经网络模型识别刀具磨损状态。由日本Murakami Giken公司研制的chip-55A型刀具破损监控仪采用声发射监控技术,实施对加工过程中刀具状态的监控,该产品与其公司生产的数控铣床配套使用,效果良好。
(2)切削力信号测量法
切削力变化是切削过程中与刀具磨、破损状态最为密切相关的一种物理现象。采用切削力作为检测信号,具有拾取容易,反应迅速、灵敏等优点,是在线方法中研究较多、很有希望突破的一种方法,所以是加工中心和FMS中测量刀具破损的常用方法。
基于切削力的监测方法,采用的监测数据主要有切削分力,切削分力比,动态切削力的频谱和相关函数等。当刀具破损时,切削力变化敏感。当刀具破损较小时,刀具切削刃不锋利,使切削力增强:当产生崩刃或断刀时,切削深度减少或没有,使切削力剧减。在监测切削力时,在X,Y,Z三个方向上同时对Fx,Fy,Fz三个分力进行测量,依靠装在每个电机上的伺服放大器测量出进给电机和主轴电机的电流变化,并把电流变化传给力阀,在显示器上读出被测量的力,从而判断刀具是否破损。1977年,日本东京电机大学的村幸辰从理论和实验两方面深入研究了不同加工条件和刀具磨损状态下各切削力的变化规律,发现在一定条件下切削分力比是一个能灵敏反映刀具磨损变化的特征量,据此他提出了切削力比监测法;1984年,Lan和Dornfeld的研究表明,切向力和进给力对刀具破损具有较高的敏感性;Shiraishi等通过对加工过程的测量、检测和控制技术的对比研究指出刀具失效的力监测法是最有潜力的方法,有着广阔的工业应用前景,扭矩监测和切削力法一样具有相同的研究价值;成刚虎采用了频段均方值法通过切削力监测刀具的磨损状态;万军利用切削力模型和最小二乘法实现模型自动跟踪加工过程特性变化,从而获取刀具磨损量。在切削力监控技术方面具有代表性的成果是瑞典Sandvik Coromant公司推出的TM-BU-1001型刀具监控仪,该系统采用的力传感器可安装于主轴轴承、进给丝杠,可设置三个门限,一旦超限自动报警。
(3)功率测量法
功率测量法也是工业生产中应用潜力很大的方法。该方法是通过测定主轴负荷功率或电流电压相位差及电流波形变化等来确定切削过程中刀具是否破损。该方法具有信号检测方便,可以避免切削环境中切屑、油、烟、振动等因素的干扰,易于安装。潘建岳在对加工中心钻削过程功率信号分析的基础上,提出并采用功率数据的归原处理方法,以此建立了钻头磨损在线监控系统;刘晓胜将回归分析技术和模糊分类相结合,建立了镗削切削参数与电流之间的数学模型,间接的反映刀具磨损量与镗削切削参数的内在联系,并利用功率信号识别刀具磨损量;郭兴提出一种基于人工神经网络的铣刀破损功率监控方法,建立了一个铣刀破损功率监控系统,实验表明该系统能够灵敏的检测出刀具破损并实施监控。袁哲俊系统的研究了切削过程中刀具异常对主电机功率影响的规律,提出了用主电机功率的瞬时值、导数值、静态平均值和动态均方值等多个参数综合监控钻削过程刀具异常状态;万军利用离散自回归AR模型对功率信号进行处理,其模型参数通过适应算法在每个信号采样时刻进行递归修正,以适应切削状况,同时为了区别刀具磨损和切削条件改变引起的功率信号变化,文章引入了归一化偏差处理,当刀具切出工件时其归一化偏差明显比刀具磨损时归一化偏差的变化要小,监控时设报警门限,当归一化偏差超限时,即刻报警,具有良好的效果。成功应用电机功率监控技术具有代表性的厂家是美国Cincinnati milacron公司,该公司开发的刀具监控系统与本公司生产的马刀系列立式加工中心配套使用。
(4)工件尺寸测量法
加工中刀尖磨损或破损必然会引起工件尺寸发生变化,通过测量工件己加工表面的尺寸变化量,可以间接判断出刀具的磨损、破损情况。从测量方式看,有接触工件测量的接触式和测量刀具工件之间间隙的非接触式两类。测量工件尺寸方法的优点在于能直接定量给出刀具径向磨损或破损值,并可与加工精度的在线、实时补偿结合起来,保证加工质量,实现精加工中刀具磨损、破损监测的最终目标。其缺点在于,实时测量易受测试环境干扰,冷却液、切屑等影响测量结果;加工中工件、刀具的热膨胀和受力变形、主轴回转精度、进给运动精度、振动等因素也会直接影响测量的精度。此外,在加工变截面工件时,要求传感器进行准确的跟踪定位,由此也会带来定位的误差,并增加了实现的难度。
(5)切削温度测量法
切削热也是金属切削过程中的一个重要物理现象,刀具的磨损和破损将导致切削温度的骤增。测量切削温度有三种方式:(l)刀具一工件组成的自然热电偶,可以测出切削区的平均温度,不同的刀具、工件材料需进行标定;(2)固定在刀体内某点,由两种金属丝组成的热电偶,测出的是距离刀刃一定距离处某点的温度,存在温度变化时响应慢、事先准备费时的问题。(3)红外摄像系统,可测出切削区温度场分布,具有灵敏度高,响应时间短的特点,但仪器复杂、成本高,聚焦困难,难以测出切削覆盖处的刀具温度。
(6)刀具与工件接触处电阻测量法
测量原理可分为两种:一种是根据刀具磨损使刀具与工件接触面积增大而引起接触电阻减小的效应,这种方法受切削用量影响较大并有绝缘要求;二是在刀具后刀面上贴一层薄膜导体,它随着刀具磨损而消耗,根据其电阻的变化可知刀具后刀面的磨损量。此方法精度高,但需每把刀具都粘贴薄膜电阻,且在高温、高压下薄膜电阻易脱落。该方法应用于实际工况,目前还不太现实。
(7)振动频率测量法
刀具在切削过程中,工件与磨损的刀刃部侧面摩擦,会产生不同频率的振动。对这种振动的监测有两种方法:一是把振幅分成高低两部分,在切削过程中对此两部分振幅进行对比;二是把振幅分成几个独立的幅带,用微处理机对这些幅带进行不断地记录及分析,即能监测出刀具后刀面的磨损程度。美国国家标准局自动化研究所在钻削加工中利用振动信息方面取得了成功的经验。研制成的系统是利用装在工件上的加速度传感器对振动信息进行时效分析,识别钻头的磨损并判断钻头的折断。
(8)工件表面粗糙度测量法
随着刀具磨损程度的增加或破损的发生,工件己加工表面的粗糙度将呈增大趋势,据此可间接评价出刀具的磨损或破损状况。测量工件表面粗糙度的方法也可分为两类。一类是划针式接触测量,可直接得出表面粗糙度的评价参数R。此类方法仅适于静态测量。目前,绝大多数此类方法仅适用于计量室或实验室环境。另一类是非接触式光学反射测量,得出的是工件表面粗糙度的相对值,自动监测中通常采用光纤传感器和激光测试系统两种类型。此类方法测试效率高,可以不留痕迹地测量软质材料的工件表面,但事先需采用样品标定,受切削液、切屑、工件材质、振动等的影响较大。当前还达不到实际应用水平。
(9)电流信号测量法
该方法简称MCSA,利用感应电动机的定子电流作为信号分析的切入点,研究其特征与故障的对应关系。其基本原理是:随着刀具磨损的增大,切削力矩增大,机床所消耗的功率增大或电流上升,故 可实现在线检测刀具磨损。MCSA具有测试便利、信息集成度高、传动路径直接、信号提取方便、不受加工环境的影响、价格低、易于移植等特点,在机床这种传动系统封闭、一般传感器比较困难安装的场合,应该是一种值得探索的方法。
(10)热电压测量法
热电压测量法利用热点效应原理,即两种不同导体的接触点在受热时,将在两导体的另一端之间产生一个电压,这个电压的大小取决于导体的电特性 及接触点与自由端之间的温度差。当刀具和加工工件是由不同材料构成时,在刀具与工件之间就可以产生一个与切削温度相关的热电压。这个电压就可以作为刀具磨损量的一个度量,因为随着刀具磨损量的增大,热电压也随之增大。该方法的有点是价格便宜,精度较高,使用简便,特别适用于高速加工区,缺点是对传感器材料及精度要求高,只能进行间隔式检测。

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