切削力法刀具磨损和破损的检测

切削力法刀具磨损和破损的检测与监控切削力的变化能直接反映刀具的磨损情况，图1中Ⅰ和Ⅱ所示是切削力的变化过程，曲线Ⅰ表示的是锋利的刀具，曲线Ⅱ表示是磨钝了的刀具。切削力的差异ΔF是反映刀具实际磨损的标志。如果Ⅰ切削力突然上升或突然下降，可能预示刀具的折断。

图1 切削力图   

图2所示为根据切削力的变化判别刀具磨损和破损的系统原理图。

图2 用切削力检测刀具状态框图

当刀具在切削过程中磨损时，切削力会随着增大，如果刀具崩刃或断裂，切削力会剧减。在系统中，由于工件加工余量的不均匀等因素也会引起切削力的变化，为了避免误判，取切削分力的比值和比值的变化率作为判别的特征量，即在线测量三个切削分力FX、FY和FZ 的相应电信号，经放大后输入除法器，得到分力比FX/FZ和FY/FZ，再输入微分器得到d（FX/FY）/dt和d（FY/FZ）/dt。将这些数据再输入相应的比较器中，与设定值进行比较。这个设定值是经过一系列试验后得出的，说明刀具尚能正常工作或已磨损或破损的阈值。当各参量超过设定值时，比较器输出高电平信号，这些信号输入由逻辑电路构成的判别器中，判别器根据输入电平值的高低可得出是否磨损或破损的结论。测力传感器（例如应变片）安放在刀杆上测量效果最好，但由于刀具经常需要更换，结构上难以实现。因此，将测力传感器安放在主轴前端轴承外圈上，一方面不受换刀的影响；另一方面此处离刀具切削工件处较近，这对直接监测切削力的变化比较敏感，测量过程是连续的。这种检测方法实时性较好，具有一定的抗干扰能力，但需要通过实验确定刀具磨损及破损的阈值。