数控机床刀具磨损监测方法原理及比较

刀具磨损在机械加工过程中是常有的现象，刀具的磨损状态直接影响机加工的效率、精度和经济效益。之前一对一的机床加工，对刀具磨损和破损的检测，凭工人的经验尚能进行正常的生产，但近来随着高性能的CNC机床、FMS以及CIMS的广泛应用，就必须解决刀具磨损与破损的在线实时监测及控制问题，因为及时确定刀具磨损和破损的程度并进行在线实时控制，能够避免因刀具失效而引起的工件报废、设备损坏并保证机床无障碍运行。

监测刀具磨损和破损的方法有很多，如直接法和间接法，这两种又各分为好多种，由于间接法制实践中运用较多，本文对刀具磨损和破损监测方法比较就以间接法为例。

刀具磨损状态的切削力监测法

在切削过程中，切削力的比值或比值的变化率与刀具磨损或破损有直接的内在联系，且切削力信号可以通过传感器方便获得，一般的切削力随刀具磨损的增加而增加。影响切削力的因素很多，所以较难建立精确而完善的切削力模型，毕竟切削用量的改变引起的切削分力的变化很难与由刀具破损或磨损引起的切削分力的变化区分开。

刀具磨损状态的电流监测法

采用监测电机电流信号监测刀具磨损，是现在比较流行的监测刀具磨损的一种新方法，主要是通过监测电机电流的变化，实现间接在线实时判断刀具的磨损和破损。在切削过程中，当刀具发生磨损和破损时，切削力相应发生变化，切削力的变化引起电机输出转矩发生变化， 电动机的功率随之增大，进而导致电机电流发生相应的变化。

刀具磨损状态的切削噪声监测法

在切削加工过程中测得的声音信号中含有大量有关切削状态的信息，因而可以利用声音信号监测刀具的状态。在磨损初期噪声声级明显上升而后趋于平稳。当切削速度提高时，噪声声级下降，而刀具的悬臂增大时，噪声声级变大。

刀具磨损状态的声发射监测法

声发射（Acoustic Emission，简称AE）刀具监测技术是指当材料受外力或内力作用而产生变形断裂时，以弹性波的形式释放能量的现象。它具有幅值低，频率范围宽的特点。而且接收声发射的压电晶体传感器也很容易安装在刀具上，而不影响加工过程，但切削加工中影响A E信号的因素很多， 除了刀具磨损外， 切屑缠绕、断屑、刀具与工件表面的摩擦以及刀具断裂或崩刃等都会引起AE 信号的变化。

刀具磨损状态的功率监测法

当各种刀具在正常切削时候，其功率变化率是增大或者减小的，但不会发生突变。一旦刀具破损时，功率变化率远远大于正常切削时候的功率变化率。因此,实时测量切削功率,对切削功率进行微分,分析切削功率的变化率可以判别刀具是否发生破损。床功率法具有测量信号简便，可以避免切削环境中切屑、油、烟、振动等干扰，监控装置易于安装的优点。通过监测电机电流的变化来判别刀具状态，具有电流信号提取方便、传感器安装简单、不受加工环境的影响之特点，因此，便于在生产中应用。