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时间:2018-10-28
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1、基于数控车床的切削力测量 摘要:随着科学技术的快速发展,切削力的测量显得尤其重要。本文一开始,从总体上介绍了切削力测量的大致方法。后面介绍了一种常用的利用单片机测量切削力的方法,以及介绍了DSP与虚拟仪器这种应用于切削力测量的新方法。希望本文能为相关研究人员提供新的思路。 关键词:?悼爻荡玻磺邢髁Γ徊饬浚坏テ?机;DSP DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.10.021 0引言 在数控车床的加工过程中,切削力对整个加工过程有着重要的影响。首先在切削过程中,切削力导致了切削热的产生,切削热会使刀具产生不同程度的磨损,进而对降低刀具的耐用度与加工表面
2、的质量,会影响整个加工过程。其次,可以根据切削力计算出切削功率的大小,选择合适的机床、刀具与夹具。最后,通过对切削力的测量可以保证数控机床顺利的运行,在数控加工中可以实时监控,有利于数控机床的自动加工,避免出现过载等问题。在研究数控车床切削力的时候,根据实际需要通常把总的切削力分解成X、Y、Z方向上三个互相垂直的力来进行测量。 1数控车床切削力测量方法分类 最开始的方法,是利用一些已有的经验公式,带入数据得出切削力的数值。例如,机床在加工的时候,产生的功率可以用仪器测量出来。如果切削速度可以确定,代入经验公式可以得出具体的切削力数值。这种方法可以粗略估算切削力的值,误差大。以下常用的方
3、法大致可以分为直接测量和间接测量。 直接测量一般利用测力仪将测得的力信号转化为电信号,经过一系列处理后读出三个方向上的切削分力值。这种方法具有灵敏度高、量程范围大等优点但是耗时大、误差大、测量精度较高,可以通过不同的数据处理方法提高测量精度。 2基于单片机的数控车床切削力测量 利用单片机测量数控车床的切削力,系统设计一般为将力通过传感器进行测量,通过电桥放大器把信号进行放大,然后进行模数转换,设计单片机进行信号处理,通过设计按键电路使LED数码管进行循环显示切削力的大小,设置通信接口,当切削力过大时进行过载报警。 电阻应变片和压电晶体是我们测量力的时候常用的传感器。其中电阻应变片具
4、有灵活性大、适应性广、性能稳定等优点。在数控车床车削时,车削力经工件转动传递于车刀刀架上,使紧贴在上面的电阻应变片产生变形。无论应变片受拉伸使电阻丝直径变细,或者应变片受压缩变形使电阻丝直径变粗,都会使电阻值发生变化,从而产生电信号。 3基于DSP实现机床切削力信号在线监测 我们选取压电测力采集机构,采取压电刀杆式的测力方法进行测量。机构在外形上与普通外圆车刀相似,在后面加一个三向的压电传感器对信号进行采集。机床工作产生切削力的时候,切削力会作用在压电传感器上,自动在X、Y、Z三个方向进行分解并输出。测得的输出信号需要经过电荷放大器处理后,连接采集系统TMS320C5402。利用TMS
5、320C5402数字信号处理器组成的采集系统,对压电传感器测得的切削力信号进行实时采集并动态显示信号。实现计算机与通信采集系统的通信,从而来监控数控机床的加工过程。 电荷是压电力传感器的输出信号,作用力的大小可以通过电荷的多少来进行反应。通过电荷放大器,我们可以将微弱的电荷量进行处理,进行完这一系列的操作后,就能利用DSP进行数据采集和数据的处理。数字信号处理器将采集来的数据进行后续处理与分析。具体的操作包括显示、滤波、相关分析谱分析等,在时域和频域上对信号进行分析,可以得出信号的特征。 4基于虚拟分析仪的切削力测量 当今时代,科学技术迅速发展,计算机技术发展尤其迅速,有各种各样新式
6、仪器,现在出现了一种基于计算机和软件的仪器――虚拟仪器。 切削力测量的传统方法需要用专门的测力仪、示波器、记录仪等,这种方法的局限性是只能测量力的数值,之后需要进行大量的数据分析与数据处理,才能得到经验公式。虚拟分析仪可以对作用在刀具上的力和力矩进行分析,对数据进行滤波、平滑等一系列的处理。虚拟仪器可以显示图形,这可以提高对测量数据的理解和解释,可对测量数据进行数据库管理,充分体现了计算机在数据计算、存储和显示等方面的巨大优势。在节省财力、人力的条件下,具有精确度高,速度快,稳定性高,使用方便的优点。 力信号可以应用八角环测力仪转换成电阻变化信号,再通过动态电阻应变仪将电阻变化信号转换
7、成电压信号,通过A/D转换将电信号转换成数字信号,后面连接计算机,再通过虚拟式分析仪器对数据进行处理。 在数控机床车削加工中,利用虚拟分析仪器对输出的电信号进行数据采集,可以得到切削力的值。通过实验可以得出,对各种电信号可以利用虚拟式信号分析仪器进行数据的采集、处理和分析。此种方法包含了各种仪器,方便使用,有很好的发展潜力。 5存在的问题以及发展 现代数控机床的切削加工正在朝着高速度、高精度、高自动化的方向快速发展
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