欧阳育创编 2021.02.04 欧阳育创编 2021.02.04
基于刀具状态的切削力模型研究
时间：2021.02.04 创作：欧阳育 （常州铁道高等职业技术学校、常州昌成铁路机械厂 江苏 常
州 213011）
张宝金
摘要：建立适用于变工况加工的切削力模型，将切削力信号用于切削过程监控。建立基于切削参数（切削速度、进给量、切削深度）与刀具状态（主要考虑后刀面磨损量）的切削力模型，通过试验值与模型的预测值之间的比较，进一步验证模型的准确性。
关键词：切削力；刀具状态监控；金属切削；模型 1 引言
目前，加工中心（MC）、柔性制造单位（FMC）、柔性制造系统（FMS）及计算机集成制造系统（CIMS）逐渐成为现代机械制造业的主流，为实现制造系统的高度自动化提供了先决条件。自动化生产的实现，依赖于加工过程中切削刀具状态的自动监控，国内外学者在切削力模型方面进行了年夜量的研究工作。其中，切削力法被认为是一种具有实际应用前景的监控办法[1]。但以往基于切削力信号的研究年夜多是通过单因素试验[2]确定特定情况下切削力的阈值，从而对刀具状态进行识别。这类办法存在监控阈值难以确定以及监控参数特征信息不克不及适应切削
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参数的变更即监控的柔性差等问题，仅适用于不修改或较少修改切削参数的刚性加工生产线。随着计算机技术的成长，建立可适应变工况加工的刀具状态监控系统十分需要。
影响切削力的因素有很多，其中切削用量三要素：切削速度、
进给量、切削深度对切削力的影响最为显著[3]。本文以外圆车削为例，建立了基于切削参数（切削速度、进给量、切削深度）与刀具状态（主要考虑后刀面磨损量）的切削力简化模型，并通过试验值与模型的预测值之间的比较，进一步验证模型的准确性。
2 切削试验系统及计划 （1）试验装置
本试验在一台型号为CA6140的普通车床上进行，切削力信号由Kistler测力仪（传感器）检测，测出的力信号经电荷放年夜器放年夜、经过数据收集卡后可直接将信号传送到计算机。再用Kistler测力仪的配套软件Dynoware对测得的力信号进行阐发和处理。试验系统组成如图11 所示。试验中刀面磨损状况及磨损值随时刻进行丈量，使用Keyence的VH8000系列数码显微镜对车刀后刀面的磨损状况拍照，通过丈量软件丈量车刀后刀面的磨损量以及刀具的破损情况。
（2） 试验计划
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切削力试验分为三部分进行：使用新刀片（磨损量为零）进行切削试验；使用不合状态的刀片（变更的磨损量）进行切削试验；使用不合状态的刀片（变更的磨损量）验证已建立的刀具磨损状态下的切削力模型。
采取正交试验法安插试验，使用L9(34)正交表，为三因素、三水平试验。
具体试验正交表如表1：
表1试验计划
试验因素（切削三要素） 试切削速度 验 线速度进给量切削深度号 主轴转速r/min m/ min mm/ r mm 1 320 60 0.1 0.1 2 500 95 0.2 0.1 3 710 135 0.3 0.1 4 320 60 0.2 0.2 5 500 95 0.3 0.2 6 710 135 0.1 0.2 7 320 60 0.3 0.3 8 500 95 0.1 0.3 9 710 135 0.2 0.3 刀具后刀面磨损量VB（㎜） 试验结果记录 FxFyFz（N） （N） （N） 3 基于刀具状态的切削力模型 （1）切削力模型的简化
由于切削力经典理论模型过于繁琐的局限，难以在实际生产进行有效应用。因此，研究人员经常通过年夜量试验，由测力仪获得切削力后，将所得数据进行数学办法处理，即可获得切削力的试验模型。如采取指数模型计算切削力，在金属切削加工中获得广泛的应用。经常使用的指数模型形式如下 :
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基于切削力的刀具状态在线监控之欧阳育创编
