¿Qué métodos se utilizan generalmente para detectar el desgaste de las máquinas herramienta?
Los métodos de detección del estado de la herramienta se pueden dividir en métodos de medición directos y métodos de medición indirectos.
1. Método de medición directa
El método de medición directa puede identificar cambios en la apariencia, calidad de la superficie o geometría de la hoja. Generalmente solo se puede realizar cuando no está cortando. dos desventajas obvias: en primer lugar, requiere una inspección de parada; en segundo lugar, no puede detectar roturas repentinas de la herramienta durante el procesamiento. Los métodos de medición directa del desgaste de herramientas utilizados en el país y en el extranjero incluyen: método de medición de resistencia, método de medición de distancia entre herramienta y pieza de trabajo, método de medición óptica, método de medición de corriente de descarga, método de medición de radiación, método de recubrimiento de microestructura y método de procesamiento de imágenes por computadora.
(1) Método de medición de resistencia
Este método utiliza el pulso de señal eléctrica generado por el contacto entre el filo a probar y el sensor para medir el estado de desgaste real de la herramienta. para ser probado. La ventaja de este método es que el sensor es económico. La desventaja es que se debe prestar gran atención a la selección del material del sensor. Debe tener una buena maquinabilidad y no tener un impacto obvio en la vida útil de la herramienta. muy confiable debido a la acumulación de virutas y herramientas que pueden causar un cortocircuito en el área de contacto del sensor, afectando así la precisión.
(2) Método de medición de la distancia herramienta-pieza
A medida que la herramienta se desgasta durante el proceso de corte, la distancia entre la herramienta y la pieza de trabajo disminuye. Esta distancia se puede medir con un dispositivo electrónico. Para la medición se utilizan micrómetros, instrumentos de medición ultrasónicos, instrumentos de medición neumáticos, sensores de desplazamiento inductivos, etc. Sin embargo, la sensibilidad de este método se ve fácilmente afectada por factores como la temperatura de la superficie de la pieza de trabajo, la calidad de la superficie, el refrigerante y el tamaño de la pieza de trabajo, lo que limita su aplicación.
(3) Método de medición óptica
El principio del método de medición óptica es que el área desgastada tiene una mayor capacidad de reflexión de la luz que el área no desgastada. Cuanto mayor es el desgaste de la herramienta, mayor es. Área reflectante de la hoja. Cuanto más grande sea el sensor, mayor será el flujo de luz detectado por el sensor. Dado que la deformación causada por la tensión térmica y el desplazamiento de la herramienta causado por la fuerza de corte afectan los resultados de la detección, el resultado medido por este método no es la cantidad de desgaste real, sino un valor relativo que incluye los factores anteriores. Este método determina el diámetro de la herramienta. mejor cuando es más grande.
(4) Método de medición de la corriente de descarga
Agregue electricidad de alto voltaje entre la herramienta de fuerza de corte y el sensor, y el tamaño de la corriente (descarga de arco) que fluye en el circuito de medición. depende de la geometría de la cuchilla (es decir, la distancia desde la punta de la cuchilla hasta el electrodo de descarga). La ventaja de este método es que puede realizar una detección en línea y detectar cambios en las dimensiones geométricas de la herramienta, como astillas y hojas rotas, pero no puede medir con precisión las dimensiones geométricas de la hoja.
(5) Método de medición de rayos
Incorpore sustancias radiactivas en el material de la herramienta. Cuando la herramienta se desgasta, las partículas de material radiactivo pasarán a través de un instrumento de medición de rayos prediseñado. La cantidad medida por el instrumento de medición de radiación está estrechamente relacionada con el desgaste de la herramienta y la dosis de radiación refleja la cantidad de desgaste de la herramienta. La mayor debilidad de esta ley es que los materiales radiactivos contaminan el medio ambiente y son muy perjudiciales para la salud humana. Además, aunque este método puede medir la cantidad de desgaste de la herramienta, no puede determinar con precisión el estado del filo de la herramienta. Por lo tanto, esta ley sólo es aplicable en determinadas ocasiones especiales y no debería adoptarse de forma generalizada.
(6) Método de recubrimiento de microestructura
El recubrimiento conductor de microestructura se combina con la capa protectora resistente al desgaste de la herramienta. La resistencia del recubrimiento conductor microestructurado cambia con el estado de desgaste de la herramienta. Cuanto mayor es la cantidad de desgaste, menor es la resistencia. Cuando la herramienta se astilla, se rompe o se desgasta excesivamente, la resistencia tiende a cero. La ventaja de este método es que el circuito de detección es simple, la precisión de la detección es alta y se puede realizar la detección en línea. La desventaja es que los requisitos para el recubrimiento conductor de microestructura son muy altos: debe tener buena resistencia al desgaste, resistencia a altas temperaturas y resistencia al impacto.
(7) Método de procesamiento de imágenes por computadora
El método de procesamiento de imágenes por computadora es un método de detección rápido, sin contacto y sin desgaste, que puede detectar con precisión diferentes formas en cada estado de la hoja. tener puesto. Este sistema de detección suele constar de una cámara CCD, una fuente de luz y un ordenador. Sin embargo, debido a que los equipos ópticos tienen altos requisitos ambientales y el entorno de trabajo de las herramientas de corte en la producción real es muy severo (como medio de enfriamiento, chips, etc.), este método actualmente solo es adecuado para la inspección automática de laboratorio.
2. Método de medición indirecta
El método de medición indirecta utiliza la influencia del desgaste de la herramienta o el estado en el que está a punto de dañarse en diferentes parámetros de trabajo, y la medición refleja el Varios efectos del desgaste y daño de la herramienta. El grado de los parámetros se puede detectar cuando la herramienta está cortando y no afecta el proceso de corte. La desventaja es que las diversas señales del proceso detectadas contienen una gran cantidad de factores de interferencia.
No obstante, con el desarrollo de la tecnología de análisis y procesamiento de señales y la tecnología de reconocimiento de patrones, este método se ha convertido en un método convencional y ha logrado buenos resultados. Los métodos de medición indirecta del desgaste de herramientas utilizados en el país y en el extranjero incluyen: método de medición de la fuerza de corte, método de medición de la potencia mecánica, emisión acústica, método de medición del voltaje térmico, señal de vibración y detección de fusión de información múltiple.
(1) Método de medición de la señal de emisión acústica
La tecnología de emisión acústica se utiliza para controlar el desgaste y daño de las herramientas. Este es un nuevo campo de aplicación de la emisión acústica en el campo de la no emisión acústica. -Pruebas destructivas en los últimos años. El principio es que cuando se producen deformación, fractura y cambio de fase en materiales sólidos, la energía de deformación se liberará rápidamente y la emisión acústica es la onda de tensión elástica resultante. Cuando la herramienta se rompe, se puede detectar una señal AE de mayor amplitud. La tecnología de monitoreo de herramientas de emisiones acústicas es reconocida como una nueva tecnología de monitoreo con mayor potencial. Desde la década de 1980, se han dedicado esfuerzos nacionales y extranjeros al desarrollo y aplicación de esta tecnología, y se han logrado grandes resultados. Ya en 1977, Iwatak y Moriwaki propusieron el uso de tecnología de emisión acústica para la detección en línea del desgaste de herramientas. Sobre esta base, Moriwaki propuso un método de detección de daños mediante herramientas de emisión acústica. Kannatey-Asibu y Dornfeld estudiaron teóricamente las características espectrales de las señales de emisión acústica y las combinaron con métodos de reconocimiento de patrones para lograr un seguimiento en línea del daño de las herramientas. Aunque la investigación de mi país sobre tecnología de monitoreo de emisiones acústicas comenzó tarde, se ha desarrollado rápidamente. Huang Weigong utilizó el método de análisis de envolvente para obtener la envolvente de la señal de emisión acústica en el desgaste de la herramienta, utilizó los parámetros del modelo de series de tiempo como valores propios e identificó la ecuación de desgaste de la herramienta a través de la red neuronal. El experimento demostró que el efecto es bueno. Li Xiaoli analizó los parámetros de la señal de emisión acústica en el proceso de perforación. Se realiza un análisis FFT de señales AE típicas para reflejar el estado de desgaste de la herramienta a través de cambios en la amplitud de las señales AE en el dominio de la frecuencia; de las señales de emisión acústica durante el proceso de corte para obtener la distribución de energía de cada banda de frecuencia de la señal, que se utiliza como característica de la señal, y establecer un modelo de red neuronal rápida basado en razonamiento difuso para identificar el estado de desgaste de la herramienta. El monitor de rotura de herramientas chip-55A desarrollado por la empresa japonesa Murakami Giken utiliza tecnología de monitoreo de emisiones acústicas para monitorear el estado de la herramienta durante el procesamiento. Este producto se utiliza junto con la fresadora CNC producida por la empresa y tiene buenos resultados.
(2) Método de medición de la señal de la fuerza de corte
Los cambios en la fuerza de corte son un fenómeno físico más estrechamente relacionado con el rectificado de la herramienta y el daño durante el proceso de corte. El uso de la fuerza de corte como señal de detección tiene las ventajas de una fácil captación, una respuesta rápida y sensibilidad. Es un método que se ha estudiado más y tiene grandes esperanzas de avances en los métodos en línea. Por lo tanto, es un método común para medir la herramienta. Daños en centros de mecanizado y FMS.
Basado en el método de monitoreo de la fuerza de corte, los datos de monitoreo utilizados incluyen principalmente la fuerza del componente de corte, la relación de fuerza del componente de corte, el espectro de fuerza de corte dinámico y funciones relacionadas, etc. Cuando la herramienta se rompe, la fuerza de corte cambia sensiblemente. Cuando la herramienta está menos dañada, el filo de la herramienta no está afilado, lo que aumenta la fuerza de corte; cuando se produce astilla o rotura de la herramienta, la profundidad de corte se reduce o no, lo que reduce en gran medida la fuerza de corte. Al monitorear la fuerza de corte, los tres componentes de Fx, Fy y Fz se miden simultáneamente en las tres direcciones de X, Y y Z, y la corriente del motor de alimentación y del motor del husillo se mide basándose en el servoamplificador instalado. en cada motor. Los cambios de corriente se transmiten a la válvula de fuerza y la fuerza medida se lee en la pantalla para determinar si la herramienta está dañada. En 1977, Yukitatsu Mura de la Universidad Denki de Tokio en Japón llevó a cabo un estudio en profundidad de las reglas cambiantes de las fuerzas de corte bajo diferentes condiciones de procesamiento y condiciones de desgaste de herramientas desde aspectos teóricos y experimentales, y descubrió que bajo ciertas condiciones, la relación de fuerzas de corte es un factor que puede reflejar sensiblemente el desgaste de la herramienta. En consecuencia, propuso el método de monitoreo de la relación de fuerza de corte en 1984, la investigación de Lan y Dornfeld demostró que la fuerza tangencial y la fuerza de avance son altamente sensibles a la rotura de la herramienta; Un estudio comparativo de tecnologías de detección y control señaló que el método de monitoreo de fuerza para fallas de herramientas es el método más prometedor y tiene amplias perspectivas de aplicación industrial. El monitoreo de torque tiene el mismo valor de investigación que el método de fuerza de corte que Cheng Ganghu utilizó la banda de frecuencia media; cuadrado El método del valor monitorea el estado de desgaste de la herramienta a través de la fuerza de corte. Wan Jun utiliza el modelo de fuerza de corte y el método de mínimos cuadrados para realizar el modelo y rastrear automáticamente los cambios en las características del proceso de mecanizado para obtener la cantidad de desgaste de la herramienta.
Un logro representativo en la tecnología de monitoreo de la fuerza de corte es el monitor de herramientas TM-BU-1001 lanzado por Sandvik Coromant en Suecia. El sensor de fuerza utilizado en este sistema se puede instalar en el cojinete del husillo y en el tornillo de avance, y se pueden configurar tres umbrales. Sonará automáticamente una alarma una vez que se exceda el límite.
(3) Método de medición de potencia
El método de medición de potencia también es un método con gran potencial de aplicación en la producción industrial. Este método determina si la herramienta se daña durante el proceso de corte midiendo la potencia de carga del husillo o la corriente y la diferencia de fase de voltaje y los cambios en la forma de onda de la corriente. Este método tiene una detección de señal conveniente, puede evitar interferencias de virutas, aceite, humo, vibraciones y otros factores en el entorno de corte, y es fácil de instalar. Con base en el análisis de la señal de energía en el proceso de perforación del centro de mecanizado, Pan Jianyue propuso y adoptó el método de procesamiento original de datos de energía para establecer un sistema de monitoreo en línea para el desgaste de la broca. Liu Xiaosheng combinó tecnología de análisis de regresión y clasificación difusa para; establecer un sistema de mandrinado El modelo matemático entre los parámetros de corte y la corriente refleja indirectamente la relación intrínseca entre el desgaste de la herramienta y los parámetros de corte de mandrinado, y utiliza señales de potencia para identificar el desgaste de la herramienta. Guo Xing propuso un monitoreo de la potencia de rotura de la fresa basado en redes neuronales artificiales; Método: Se estableció un sistema de monitoreo de la potencia de rotura de la fresa. Los experimentos muestran que el sistema puede detectar con sensibilidad la rotura de la fresa e implementar el monitoreo. Yuan Zhejun estudió sistemáticamente la influencia de la anomalía de la herramienta en la potencia del motor principal durante el proceso de corte y propuso utilizar múltiples parámetros como el valor instantáneo, el valor derivado, el valor promedio estático y el valor cuadrático medio dinámico de la potencia del motor principal para monitorear de manera integral. la herramienta de corte durante el proceso de perforación. Estado anormal; Wan Jun utiliza el modelo AR autorregresivo discreto para procesar la señal de potencia. Los parámetros del modelo se modifican recursivamente en cada momento de muestreo de la señal a través de un algoritmo de adaptación para adaptarse a las condiciones de corte. Al mismo tiempo, para distinguir la potencia causada por el desgaste de la herramienta y los cambios en las condiciones de corte, el artículo presenta el procesamiento de desviación normalizada cuando la herramienta corta la pieza de trabajo, la desviación normalizada es obviamente menor que el cambio en la desviación normalizada. la herramienta está desgastada. Se establece un umbral de alarma durante el monitoreo. Cuando la desviación normalizada excede el límite, alarma inmediata, con buen efecto. El fabricante representativo que ha aplicado con éxito la tecnología de monitoreo de la potencia del motor es la empresa estadounidense Cincinnati Milacron. El sistema de monitoreo de herramientas desarrollado por esta empresa se utiliza junto con los centros de mecanizado vertical de la serie Sabre producidos por la empresa.
(4) Método de medición del tamaño de la pieza de trabajo
El desgaste o daño de la punta de la herramienta durante el procesamiento provocará inevitablemente cambios en el tamaño de la pieza de trabajo al medir el cambio dimensional del mecanizado. superficie de la pieza de trabajo, se puede juzgar indirectamente. Compruebe el desgaste y los daños de la herramienta. Desde la perspectiva de los métodos de medición, existen dos tipos: el tipo de contacto que mide la pieza de trabajo y el tipo sin contacto que mide el espacio entre la herramienta y la pieza de trabajo. La ventaja del método de medir las dimensiones de la pieza de trabajo es que puede proporcionar directa y cuantitativamente el valor del desgaste o daño radial de la herramienta, y se puede combinar con una compensación en línea y en tiempo real de la precisión del procesamiento para garantizar la calidad del procesamiento y lograr el objetivo final de Monitoreo de desgaste y daños de herramientas durante el acabado. La desventaja es que la medición en tiempo real es susceptible a la interferencia del entorno de prueba, y el refrigerante, las virutas, etc. afectan los resultados de la medición, factores como la expansión térmica y la fuerza de deformación de la pieza de trabajo y la herramienta durante el procesamiento, la precisión de la rotación del husillo y el avance; La precisión del movimiento, la vibración, etc. también afectarán directamente la precisión de la medición. Además, al procesar piezas de trabajo de sección variable, se requiere que el sensor rastree y posicione con precisión, lo que también provocará errores de posicionamiento y aumentará la dificultad de implementación.
(5) Método de medición de la temperatura de corte
El calor de corte también es un fenómeno físico importante en el proceso de corte de metal. El desgaste y el daño de las herramientas provocarán un aumento repentino de la temperatura de corte. . Hay tres formas de medir la temperatura de corte: (l) Un termopar natural compuesto por una herramienta y una pieza de trabajo puede medir la temperatura promedio del área de corte. Es necesario calibrar diferentes herramientas y materiales de la pieza de trabajo (2) Fijar en un punto determinado; en el cuerpo de la herramienta, consta de dos termopares. Este tipo de termopar compuesto de cables metálicos mide la temperatura en un punto determinado a una distancia determinada de la hoja. Tiene problemas como una respuesta lenta cuando cambia la temperatura y una preparación que requiere mucho tiempo. por adelantado. (3) El sistema de cámara infrarroja puede medir la distribución del campo de temperatura en el área de corte y tiene las características de alta sensibilidad y corto tiempo de respuesta. Sin embargo, el instrumento es complejo, costoso y difícil de enfocar, lo que dificulta medir la temperatura de la herramienta. en el área de cobertura de corte.
(6) Método de medición de resistencia en el punto de contacto entre la herramienta y la pieza de trabajo
El principio de medición se puede dividir en dos tipos: uno se basa en el aumento del área de contacto entre la herramienta y la pieza de trabajo debido al desgaste de la herramienta, este método se ve muy afectado por la cantidad de corte y tiene requisitos de aislamiento; el segundo es pegar una capa de película conductora delgada en la superficie del flanco de la herramienta; que se consume a medida que la herramienta se desgasta. Según el cambio en la resistencia, se puede ver que la herramienta retrocede La cantidad de desgaste en la superficie de la hoja.
Este método tiene alta precisión, pero requiere que se conecte una resistencia de película delgada a cada herramienta, y la resistencia de película delgada es fácil de caer bajo altas temperaturas y altas presiones. Este método aún no es práctico cuando se aplica a las condiciones de trabajo reales.
(7) Método de medición de la frecuencia de vibración
Durante el proceso de corte de la herramienta, la fricción entre la pieza de trabajo y el lado de la hoja desgastada producirá vibraciones de diferentes frecuencias. Hay dos métodos para monitorear esta vibración: uno es dividir la amplitud en partes altas y bajas y comparar las amplitudes de las dos partes durante el proceso de corte; el otro es dividir la amplitud en varias bandas de amplitud independientes y usar un; microprocesador para monitorear estas dos partes. La correa se registra y analiza continuamente para monitorear el grado de desgaste de la superficie del flanco de la herramienta. El Instituto de Automatización de la Oficina Nacional de Normas ha tenido una experiencia exitosa utilizando información sobre vibraciones en procesos de perforación. El sistema desarrollado utiliza un sensor de aceleración montado en la pieza de trabajo para realizar análisis en intervalos de tiempo de la información de vibración, identificar el desgaste de la broca y determinar la rotura de la misma.
(8) Método de medición de la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo
A medida que aumenta el grado de desgaste de la herramienta o se producen daños, la rugosidad de la superficie mecanizada de la pieza de trabajo mostrará una tendencia creciente. Esto permite evaluar directamente el desgaste o daño de la herramienta. Los métodos para medir la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo también se pueden dividir en dos categorías. Un tipo es la medición de contacto tipo rayado, que puede obtener directamente el parámetro de evaluación R de la rugosidad de la superficie. Este tipo de método sólo es adecuado para mediciones estáticas. Actualmente, la gran mayoría de estos métodos sólo son adecuados para su uso en salas de metrología o entornos de laboratorio. El otro tipo es la medición de reflexión óptica sin contacto, que obtiene el valor relativo de la rugosidad de la superficie de la pieza de trabajo. Los sensores de fibra óptica y los sistemas de prueba láser se utilizan generalmente en el monitoreo automático. Este tipo de método tiene una alta eficiencia de prueba y puede medir la superficie de la pieza de trabajo de materiales blandos sin dejar rastros. Sin embargo, requiere una calibración de la muestra por adelantado y se ve muy afectado por el fluido de corte, las virutas, el material de la pieza de trabajo, la vibración, etc. Aún no ha alcanzado el nivel de aplicación práctica.
(9) Método de medición de la señal de corriente
Este método, denominado MCSA, utiliza la corriente del estator del motor de inducción como punto de entrada para el análisis de la señal para estudiar la correspondencia entre sus características y fallas. El principio básico es: a medida que aumenta el desgaste de la herramienta, aumenta el par de corte, aumenta la potencia consumida por la máquina herramienta o aumenta la corriente, se puede lograr la detección en línea del desgaste de la herramienta. MCSA tiene las características de prueba conveniente, alta integración de información, ruta de transmisión directa, extracción de señal conveniente, no afectada por el entorno de procesamiento, precio bajo y fácil trasplante en situaciones como máquinas herramienta donde el sistema de transmisión está cerrado y los sensores generales lo están. Difícil de instalar, debería ser un método que valga la pena explorar.
(10) Método de medición de voltaje térmico
El método de medición de voltaje térmico utiliza el principio del efecto de punto caliente, es decir, cuando el punto de contacto de dos conductores diferentes se calienta, será entre los otros extremos de los dos conductores se genera un voltaje entre ellos, cuya magnitud depende de las propiedades eléctricas del conductor y de la diferencia de temperatura entre el punto de contacto y el extremo libre. Cuando la herramienta y la pieza de trabajo están hechas de materiales diferentes, se puede generar un voltaje térmico relacionado con la temperatura de corte entre la herramienta y la pieza de trabajo. Este voltaje se puede utilizar como medida del desgaste de la herramienta, porque a medida que aumenta el desgaste de la herramienta, el voltaje térmico también aumenta. La ventaja de este método es que es económico, tiene alta precisión, es fácil de usar y es especialmente adecuado para áreas de procesamiento de alta velocidad. La desventaja es que requiere materiales de sensor y precisión altos, y solo puede realizar detección de intervalo.