在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统及方法。包括工件、绝缘体、卡盘、刀具、绝缘层、电流互感器、电流表、电压表、降压变压器、自耦变压器、电源、电刷、工控机、AE声发射传感器，前置放大器，高通滤波器，低通滤波器和主放大器。AE声发射传感器对电加热切削过程所产生的特定频率的信号进行实时监测，此信号经过前置放大器、高通滤波器、低通滤波器和主放大器处理后传送至工控机，将采集的信号通过小波变换进行实时分析处理，进而通过调整电流和切削参数对刀具磨损进行实时补偿，保证加工精度。本发明专利技术解决了刀具磨损以及破损实时监测的问题，并且及时调整加热电流，使电加热辅助切削这一技术发挥最大的经济效益。效益。效益。

【技术实现步骤摘要】
在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统及方法


[0001]本专利技术涉及机械加工
，特别涉及一种在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统及方法。

技术介绍

[0002]导电加热切削技术是在工件和刀具之间通以低电压大电流，在切削过程中，依靠工件与刀具之间产生接触电阻，迅速产生大量焦耳热，高温降低变形材料的强度、硬度，因此，电加热辅助切削技术可以降低切削力或扭矩，保证加工质量的同时，减轻材料对刀具的磨损，提高刀具寿命。
[0003]国外学者对高温合金、淬硬钢等难加工金属材料进行了导电加热切削的试验研究，证明了电加热切削的优点，可以在提高加工效率的同时降低刀具磨损。但在电加热切削过程中需要较长时间通大电流来加热到适宜切削温度，此时的高温给切削刀具带来了一定程度的热损伤，加剧了刀具的粘结磨损，降低了刀具的使用寿命。同时对于零件的加工质量有着较大的影响，切削难加工材料时刀具磨损非常严重，为保证加工精度，不得不频繁更换刀具，这就会大大增加制造成本，而且，为了保证较高的加工质量需要频繁的取下刀具进行刀具磨损值的测量，大大的降低了加工效率，同时也带来刀具二次装卡时定位的问题。
[0004]因此，需要找到一种能够实时在线监测技术来解决刀具磨损值测量问题，这样能够使导电加热切削这一技术发挥最大的经济效益。

技术实现思路

[0005]为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统及方法，解决刀具磨损以及破损实时监测的问题，并且及时调整加热电流，使电加热辅助切削这一技术发挥最大的经济效益。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0007]一种在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统，包括：工件、绝缘体、卡盘、刀具、绝缘层、电流互感器、电流表、电压表、降压变压器、自耦变压器、电源、电刷、工控机、AE声发射传感器，前置放大器，高通滤波器，低通滤波器和主放大器。
[0008]所述AE声发射传感器对电加热切削过程所产生的特定频率的信号进行实时监测，此信号经过所述前置放大器、高通滤波器、低通滤波器和主放大器处理后传送至工控机，将采集的信号通过小波变换进行实时分析处理，进而通过调整电流和切削参数对刀具磨损进行实时补偿，保证加工精度。
[0009]所述工件与卡盘之间设置绝缘体，将工件绝缘之后安装在卡盘上，拧紧卡盘，使工件保持固定不动；将所述刀具经过绝缘材料绝缘后安装到机床刀架上；直流电源通过所述自耦变压器输出，正极通过所述电刷接在车床主轴上，负极接在所述刀具后端面。
[0010]将所述AE声发射传感器安装在刀柄的上表面，安装时使其紧贴刀柄；将所述电流表、电流互感器、电压表和降压变压器串联进入系统，所述刀具与工件表面轻轻接触上，构
成闭合回路。
[0011]另一方面，本专利技术的在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削方法，采用前述一种在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统来实现，该方法包括以下步骤：
[0012]1.将所述工件经过绝缘后安装在所述卡盘上，并拧紧卡盘；
[0013]2.将所述刀具经过所述绝缘层包裹后一起安装到机床刀架上，调整好适合切削的刀具角度；
[0014]3.直流电源通过自耦变压器输出，正极通过所述电刷接在车床主轴上，负极接在所述刀具后端面；
[0015]4.将所述AE声发射传感器安装在刀柄的上表面，安装时使AE声发射传感器紧贴刀柄，以便于更好的接收信号；
[0016]5.通过数值计算法选择加工工艺参数，得到加热电流、预热时间、切削速度、进给量等加工工艺参数；
[0017]6.将所述电流表、电压表和降压变压器串联进入系统，所述刀具与工件表面轻轻接触上，构成闭合回路；
[0018]7.根据步骤5调整好加热电流、转速、进给量等加工参数，打开电源开关，预热适宜时间后，启动机床开始切削，通过AE声发射传感器对电加热切削过程选定频率的信号进行实时在线监测，声发射信号经过所述前置放大器、带通滤波器和主放大器，最后通过系统进行采集；
[0019]8.通过小波变换对于采集的信号进行实时分析处理，通过所述工控机调节电源，及时调整电流对刀具磨损进行实时补偿，保证加工精度的情况下实现效率的最大化；
[0020]9.加工完成后，关闭电源和机床。
[0021]本专利技术的有益效果：
[0022]1.本专利技术适用于颗粒增强铝/镁基复合材料、高温合金、淬硬钢等难加工材料的切削加工，解决了刀具磨损严重，加工精度无法保证的技术问题；本专利技术不受材料限制，几乎所有的金属和非金属材料在一定条件下均有声发射现象，声发射设备简单，只需在原有电加热辅助切削方法的基础上集成就能够实现电加热辅助切削刀具磨损和破损的在线监测。
[0023]2.电加热辅助切削所用的电源相比于其他加热源，例如激光、等离子体等，能耗小，成本非常低。
[0024]3.电源通过刀具对变形区材料加热时升温迅速，热效率高，热影响区域小。
[0025]4.声发射作为一种有效的无损检测技术能够容易实现电加热辅助切削的在线监测，且灵敏度高，在监控过程中无需停机等优点，大大节约了刀具磨损监测的时间、提高了电加热辅助切削的效率。
[0026]5.采集信号抗干扰能力强，受电流参数、切削参数以及刀具几何参数的影响较小。
[0027]6.能够剔除在实际加工或实验过程中的其他环境噪声的影响，对所需的声发射信号的高频阶段具有较好的选择性分析，在实现工业自动化方面具有较为广泛的应用前景。
[0028]7.本专利技术通过小波变换对于采集的信号进行实时分析，能够及时调整电流和切削参数从而对刀具磨损进行实时补偿，保证加工精度的情况下实现效率的最大化。
附图说明
[0029]图1是本专利技术提供的在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统的线路原理图
[0030]其中：
[0031]1‑
工件，2
‑
绝缘体，3
‑
卡盘，4
‑
刀具，5
‑
绝缘层，6
‑
电流互感器，7
‑
电流表，8
‑
电压表，9
‑
降压变压器，10
‑
自耦变压器，11
‑
电源，12
‑
电刷，13
‑
工控机，14
‑
AE声发射传感器，15
‑
前置放大器，16
‑
高通滤波器，17
‑
低通滤波器，18
‑
主放大器。
具体实施方式
[0032]为了解决现有技术存在的问题，如图1所示，本专利技术提供了一种在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统，包括工件1、绝缘体2、卡盘3、刀具4、绝缘层5、电流互感器6、电流表7、电压表8、降压变压器9、自耦变压器10、电源11、电刷12、工控机13、AE声发射传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统，其特征在于：包括工件、绝缘体、卡盘、刀具、绝缘层、电流互感器、电流表、电压表、降压变压器、自耦变压器、电源、电刷、工控机、AE声发射传感器，前置放大器，高通滤波器，低通滤波器和主放大器。2.根据权利要求1所述的在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统，其特征在于：所述AE声发射传感器对电加热切削过程所产生的特定频率的信号进行实时监测，此信号经过所述前置放大器、高通滤波器、低通滤波器和主放大器处理后传送至工控机，将采集的信号通过小波变换进行实时分析处理，进而通过调整电流和切削参数对刀具磨损进行实时补偿，保证加工精度。3.根据权利要求1所述的在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统，其特征在于：所述工件与卡盘之间设置绝缘体，将工件绝缘之后安装在卡盘上，拧紧卡盘；将所述刀具经过绝缘材料绝缘后安装到机床刀架上；直流电源通过所述自耦变压器输出，正极通过所述电刷接在车床主轴上，负极接在所述刀具后端面。4.根据权利要求1所述的在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统，其特征在于：将所述AE声发射传感器安装在刀柄的上表面，安装时使其紧贴刀柄；将所述电流表、电流互感器、电压表和降压变压器串联进入系统，所述刀具与工件表面轻轻接触上，构成闭合回路。5.一种在线监...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔宪俊，王明海，郑耀辉，侯宁，纪俐，刘红军，王学智，李正强，王启家，
申请(专利权)人：沈阳航远航空技术有限公司，
类型：发明
国别省市：