自由曲面數(shù)控加工中端銑刀過切故障監(jiān)控

董 斌

（新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，石河子 830000）

自由曲面數(shù)控加工中端銑刀過切故障監(jiān)控

董 斌

（新疆石河子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，石河子 830000）

本文主要闡述小波分析法在數(shù)控加工中的應(yīng)用，以及在應(yīng)用小波分析法避免過切現(xiàn)象發(fā)生的同時，更詳細地了解故障發(fā)生的原因，為今后工作提供借鑒。

自由曲面 數(shù)控加工 中端銑刀 故障監(jiān)控

在研究關(guān)于NC技術(shù)中發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測切割的狀態(tài)，通常用于零件加工中。此外，擁有自由曲面特征工件的加工中，也缺少關(guān)于數(shù)控技術(shù)的有效監(jiān)管方式。通過對二維輪廓的過切以及刀具損壞監(jiān)測和對球型銑刀過切的研究，發(fā)現(xiàn)球頭銑刀模具數(shù)控加工中的粗加工和半精加工銑削，有可能被端銑刀替代。不過，端銑刀相比于球型銑刀，加工過程中的過切故障更難以被修復(fù)，是需要注意并監(jiān)測端銑刀的地方，以此比較端銑刀與球型銑刀。本文考慮用相同或相似的數(shù)控銑削方法監(jiān)控過切，進行有效監(jiān)測，并使用相同算法、相同數(shù)據(jù)監(jiān)視過切，創(chuàng)建類似的模式，相關(guān)的數(shù)字模型，根據(jù)小波能量法對端銑刀的過切過程進行監(jiān)控。

1 過切模型

1.1 過切故障

通常在銑刀過切故障中，大都是由于故障監(jiān)控系統(tǒng)不夠完善，導(dǎo)致發(fā)生過度切削和刀具故障的情況，而相關(guān)技術(shù)人員未能立即察覺，導(dǎo)致?lián)p失了很多材料。在數(shù)控加工上，自由曲面技術(shù)要想避免過度切削的情況，應(yīng)該對端銑刀進行改善。而端銑刀的切削角度可由對端銑刀的削切模型進行調(diào)整來完成，以避免不必要的浪費，也保證數(shù)控加工活動的良好運行。與以前型號的球形銑刀不同，端銑刀在模型建立上，過切模型與整體結(jié)構(gòu)與之前相比存在很大不同。而在這個程序中，除了管理模式結(jié)合切削過度外，也需要考慮立銑刀加工屑空間，以確定模切型號是否達到其標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 自由曲面的切割變化

在加工自由曲面的漸進切割中，通過切割模具的過程發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)毒叩竭_BB，斜面會由側(cè)刀進行切割；而當(dāng)車輛被移動到CC，側(cè)刃會與預(yù)計加工斜面相交，且端銑刀會超過規(guī)定臨界點；在此之前有一點不同，全部的體積切割變化基于原始V1改變?yōu)閂1+V2（V1在下切面，V2于頂部）。

1.3 切削體積的變化

在一個完整的刀具運行過程中，切削深度的直線等于工件與刀刃的實際接觸線。因此，可以判斷，在切削的正常運行中，對體積的切削將通過臨界過切來確定加工的規(guī)定表面，以形成扇形塊體積。當(dāng)整個工具超過規(guī)定點時，切削也會發(fā)生變化，即從V1改變成V1+V2，而其整個的運行過程也會受到影響，為正常切削功率的（1+ V2/V1）倍。因此，所有的過切模式，除了過度削減體積的變化，原有的基礎(chǔ)模型也發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致了過切故障。

2 故障監(jiān)控中小波分析的應(yīng)用

過切故障的監(jiān)測方法，如小波分析法，及時尋找發(fā)現(xiàn)并解決銑刀的過切故障。它不僅要避免過切現(xiàn)象，也要保證刀具的過切質(zhì)量。在監(jiān)測過程中，小波分析包括如下方面。

2.1 應(yīng)用小波分析所需條件

在中國的社會發(fā)展中，自由曲面一直是數(shù)控加工中具有較高難度的工序。不但對成品質(zhì)量的要求很高，對成品的外觀也一樣有著很高要求。在故障監(jiān)測過程中，以下是使用小波分析法所需要注意的幾點：

（1）端銑刀的選擇，其直徑應(yīng)該為固定的3齒；

（2）切口的深度被設(shè)定為0。2mm的主軸轉(zhuǎn)速500R/分鐘，取樣頻率被設(shè)置為1kHz。繼前期準(zhǔn)備工作，利用KT2A/P型霍爾電流傳感器電流供應(yīng)，使得其在運行過程中滿足數(shù)控設(shè)備的整個運行需求。

（3）在過切前，需要選擇為A3的鋼工件材料；

（4）在數(shù)控磨具運行過程中，調(diào)整的斜率在40℃的角度。

2.2 小波分析基本原理

基本上，小波故障監(jiān)測方法的整個過程中，導(dǎo)致信號功率的改變集中在小波分解“平滑”的地方。這些主要與發(fā)出端銑刀的過切信號有關(guān)，但對數(shù)控工具正常運行也有影響?！捌交钡胤降男盘?，在外部環(huán)境和時間的影響下，逐漸分散、縮小，或者直接影響過切信號。在外部噪聲環(huán)境情況下，這些信號可以在原來的特點上受到干擾，并且其功能不能有效發(fā)揮作用。情況嚴(yán)重時，將會影響監(jiān)控系統(tǒng)的運行，數(shù)控的模具也會因此損壞。為了避免發(fā)生這種情況，則需要建立相關(guān)的監(jiān)測系統(tǒng)，且管理者需定時對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行更新。實際測量中，為了防止端銑刀在切割過程中過切，可采用這種方式來控制過切時間。另外，為了盡量防止過切故障的情況出現(xiàn)，建立完善的制度，除了具備相應(yīng)的硬件，還需要管理者具備一定的操作知識。在已有知識的基礎(chǔ)上，加強計算與操作能力，以確保自己的操作水平達到規(guī)定要求，而且要保證數(shù)控磨具的運行質(zhì)量，避免過切發(fā)生故障。

2.3 小波變換與過切信號

根據(jù)端銑刀的原始信號可以發(fā)現(xiàn)，端銑刀的切削功率會在原有的基礎(chǔ)上繼續(xù)上升。對于過切時間，并不能有效分辨。在整個運行過程中，外部的背景噪聲會影響切割過程，特別是在切削速度、切削功率降低時，會被覆蓋。整個小波變換中，刀具尺度的變化會影響函數(shù)值。同樣，一定程度上尺度數(shù)類似于一個擁有邊帶通特點的濾波器，對于不同環(huán)境下的子信號可由這種濾波器進行采集。小波變換的“平滑”部分，可以在端銑刀的運行中保持正常的工作狀態(tài)，還能在原始的基礎(chǔ)上，在不受噪音影響的條件下，為刀具提供準(zhǔn)確信號，以判斷是否過切。

3 結(jié)論

在整個數(shù)控端銑刀加工自由曲面的過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進行斜面切削時，增加其切削體積應(yīng)該有一個閾值，這樣增速不可超過V2/V1。運行中，切削功率在（1+V2/V1）倍時，可用于表示主軸電動機電壓，即切削功率的變化。尤其是小波分解中，切削過程與平滑具有良好的對應(yīng)關(guān)系。根據(jù)研究表明，0.1s的計算單元就可以達到監(jiān)控要求。對于故障，從開始到控制，不足1s。在幾何數(shù)據(jù)變化的情況下，端銑刀依然可以適應(yīng)，可監(jiān)控二維輪廓球形刀的過切與曲面過切，以構(gòu)成數(shù)控加工過切監(jiān)控的完整系統(tǒng)。

[1]許樹新，趙繼，王洪剛.自由曲面數(shù)控加工中過切的小波分析[J].農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2000，31（6）：104-106.

[2]趙繼，許樹新，祝佩興，等.曲面數(shù)控加工的過切故障建模及監(jiān)控[J].機械工程學(xué)報，2001，37（9）：80-82，87.

[3]張振金，浦艷敏.自由曲面數(shù)控加工刀位軌跡與加工精度的研究[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報，2003，23（4）：45-48.

[4]劉貴忠，邸雙亮.小波分析及其應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，1992.

Fault Monitoring of End Milling Cutter in NC Machining of Free Form Surface

DONG Bin
(Xinjiang Shihezi Vocational College, Shihezi 830000)

This paper mainly discusses the application of wavelet analysis in the process of NC machining, and the application of wavelet analysis method to avoid the phenomenon of over cutting occurred at the same time, a more detailed understanding of the cause of the failure, provide a reference for future work.

free form surface, NC machining, middle end milling cutter, fault monitoring