先进制造技术-先进制造系统-检测与监测-g

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1、先进制造系统的检测与监测切削过程的传感技术切削力的探测颤振探测传感切屑状况探测传感刀具损坏的监视刀具-工件的接触监视工况模式的噪声监视系统工件过程传感技术工件尺寸与形状误差的传感表面粗糙度传感机床运行过程的传感技术驱动系统的检测传感主轴和回转系统的检测传感机器视觉监视系统信息融合技术在线反馈质量控制1.1.切削力的探测切削力的探测的作用切削力是评价加工条件和切削过程最常用的技术参数可以间接判断加工载荷、切削过程颤震、刀具状况等,是自适应控制系统常用的传感参数测量方法动态测力仪间接法1.1.切削力的探测八角环形力传感器的结构固定部分

2、、弹变部分、装刀部分弹性元件由整体钢材加工成八角状结构，从而避免接触面间的摩擦和螺钉夹紧的影响安装在刀架上，其前端安装车刀电阻式测力仪工作原理利用位于弹性部分不同位置的应变片构成电桥输出电压，分别测力三个方向的切削抗力。进给抗力Fx、切深抗力Fy、主切削力Fz1.1.切削力的探测压电石英晶体三维力传感器把几个石英元件按次序机械地排列在一起，由于石英晶体切割方向选择的不同，各受力方向上的灵敏性不同，分别测出各个切削分力。压电式车削测力仪由一块整体构件与一个压电石英晶体三维力传感器构成。1.2.颤振探测传感颤振是切削系统的自激振动颤振

3、的危害增大了已加工表面的粗糙度和波纹；造成崩刃、缩短刀具耐用度；损伤机床传动部件和支持；噪声污染颤振探测方法直接法：直接测定机床的振动或颤振时切削力的变化间接法：通过颤振伴随效应（振痕、裂纹或表面局部不规则性）的传感检测来间接表征1.2.颤振探测传感热电动势颤震检测传感法利用刀具与工件间的热电偶原理实现传感检测，计算热电动势的功率谱密度。试验证实，在10Hz对应的功率谱峰值出现时，表征颤震出现了。激光扫描系统通过探测表面振痕实现颤震传感技术噪声振动传感法利用传声器采集噪声信号，建立了噪声电平的峰值间隔模型，预测颤震出现。1.3.切

4、屑状况探测传感切屑状况探测传感直接影响过程的进行、安全性和已加工表面的质量切屑状况探测方法辐射高温计：利用平均切削温度的测定间接识别切屑状态，昂贵，尚限于实验研究中。谱分析技术：利用声发射传感器、刀具动态测量仪、刀具／工件热电偶传感法的谱分析技术探测切屑状态的变化。关键问题是传感器灵敏度与可靠性、信号处理与特征提取方法。目前处于实验研究阶段，已经可以识别带状屑、卷屑和积屑瘤的出现，工业应用前景广阔。1.4.工具-工件接触监视工具-工件的接触监视传统方法：人工操作和预留“空程”减少或消除空程可以提高磨削生产率10％～30％；保障机床

5、设备、工件和操作者的安全；实现磨削循环自动控制和走刀次数的自动分配接触检测方法碰撞后探测法碰撞前探测法1.4.工具-工件接触监视碰撞后探测法利用接触电阻、电感、电容、涡流、磁通等传感器检测砂轮与工件的接触信号；利用力／力矩、振动等传感器检测砂轮／工件接触信号；例如扭矩传感器声发射接触传感器：利用金属的塑性变形、位错运动、或固体材料中裂纹产生与扩展时，其内部因为从不稳定的高能短暂性发射的弹性应力波，实现接触监视。接触瞬间可在0.3ms以内实现响应，接触分辨率≤2μm，可高精度地实现接触监视，使用简便，已进入工业应用阶段，碰撞前探测

6、法利用计量仪直接检测被加工尺寸；利用激光等光视方法气隙-磁力传感器：激励线圈、接收线圈分别装于主轴箱体与刀具两方，按预先设定的阈值发出控制信号1.5.刀具损坏的监视刀具磨损的监视直接法间接法刀具破损的监视直接法间接法刀具/砂轮磨损的传感方法传 感 方 法应 用 场 合主 要 特 性直接法光学图像法砂轮、刀具分辨率：0.1～0.2μm，精度：1～5μm，实用化要求条件严，主要用于非实时传感检测中接触法车刀、钻头灵敏度：10μm左右，切屑和温度变化的影响间接法切削力/扭矩法车、钻、镗、铣与攻螺纹刀具灵敏度：20～100μm，其

7、中比切削力法与功率谱分析法有应用前景功率/电流法车、铣等刀具灵敏度低，响应时间长，易使用，价廉切削温度车削灵敏度低，响应时间更长，不能用冷却润滑液刀具-工件距离探测法车削等分辨率：0.5～2μm，用于实验研究中振动分析法车、铣削工作精度主要取决于DDS模型精度，有一定的工业应用前景声与声振动分析法(AE法、噪声、声振等)车、铣、镗、钻、攻螺纹、拉削与磨削多数已实用化，有工业应用前景，识别成功率：90%～97%多感知融合法多传感器组合/融合识别车、铣、镗、钻等高成功率监视分辨率：≤0.2μm，有工业应用前景，识别成功率高(≤95%)

8、刀具/砂轮破损的传感方法传感参数传感原理传感器主要特性直接法光学图像光反射、折射、傅氏传递函数变换、TV摄像光敏、激光与光纤传感器、摄像TV可视性强，检测精度较高，但在线实用化要求严格的使用条件接触电阻变化、开关量、磁力线变化电阻片、集成电阻电