基于数控车床的切削力测量

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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