刀具-工件接触在线检测是基于切削力信号的

刀具位置信息对于正确进行微铣削至关重要。为微铣削工艺制备的工件在加工操作后可以具有不同的尺寸。需要在刀具轴向(Z)上找到工件表面的“零点”点，零点通常被指定为工件与工件接触的点。找到接触点最简单(但对机器操作人员来说最耗时和最苛刻)的方法是观察旋转的刀具，它慢慢地向工件移动。由于工具尺寸非常小，这种方法需要显微镜来观察工具。该过程的自动化使刀具-工件接触检测具有更好的重复性和准确性。切削力信号以前从未用于刀具-工件接触检测。

该系统

所提出的刀具-工件接触检测方法的主要思想是基于刀具接触工件时Z轴切削力信号增加多少。切削力在很短的时间内增加，因此必须使用短时间信号分析。在线工具-工件接触检测系统基于先前描述的诊断系统["微铣削实时诊断系统，作者:Bogdan Broel-Plater, Krzysztof Pietrusewicz和paweowa Waszczuk, 2012年11月7日，CE USA]。系统框图如图1所示。该系统是可扩展的，可以通过声发射传感器或声压传感器进行扩展。所有的分析都必须实时进行;因此，使用国家仪器公司的可编程自动化控制器CompactRio进行信号处理。微铣床航空技术的线性驱动器也必须实时控制;在检测到刀具与工件接触后，必须立即停止运动，以避免工件损坏。航空技术线性驱动器可以直接通过国家仪器LabVIEW软件控制。

方法及程序

首先，标定得到指定工件材料的系数值。校准应使用一种检测工具-工件接触的方法，例如观察旋转的工具，它缓慢地向工件移动。对指定的工件材料只能进行一次校准。

在加工过程中，主轴必须转动。刀具以Δz的步长v向工件移动。在刀具运动过程中，记录切削力信号。然后计算n个信号样本的切削力均方根值。采样频率设置为最大可能值(每秒51200个采样)。该过程的算法如图2所示。该算法在美国国家仪器公司的LabVIEW中实现。对程序可靠运行至关重要的是设置正确的参数，如主轴转速，刀具速度v和步长值Δz。

值信号处理方法必须能抵抗诸如高噪声水平和极低切削力等因素。为了在过程开始时实现这一点，当确定刀具在工件外面时，计算m个均方根(RMS)参考值的平均值。然后计算n个信号样本的电流RMS值，并与工件外部计算的参考值进行比较。将定义为当前均方根值的系数与参考均方根值进行比较。当系数值高于之前为当前工件设置的值时，检测材料接触并找到参考“零点”。

提高质量，减少错误

所提出的刀具-工件接触在线检测解决方案显著提高了机床操作人员的工作效率，消除了人为误差。由于所述方法及其种类的适用性，已经向波兰专利局提交了三项专利申请。提出的解决方案可以在任何数控机床系统中实现，但它是专门为微铣削应用而设计的。刀具-工件接触检测问题将在进一步的研究中得到发展。

- Marcin Matuszak，硕士，波兰什切青西波美拉尼亚理工大学博士生。他的主要研究领域是微铣削工艺，特别是切削力和动力学。paweowwaszczuk，理学硕士，也是那里的博士生。他的博士论文研究了数字伺服驱动器鲁棒控制集成校正功能的问题。Krzysztof Pietrusewicz, DSc，西波美拉尼亚大学助理教授。这三者都有助于控制工程波兰．由CFE Media内容经理马克·t·霍斯克编辑，控制工程、mhoske@cfemedia.com．

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