3-41 精密加工系统综合实时监测技术

陈东生 李尚政

　　通过对精密加工系统中一些影响精密加工因素的监测，了解加工系统的工作状态，并为提高加工精度、深化对精密加工过程的认识提供分析依据。论述了对机床的振动、主轴的位移、刀具温度、刀具切削力、旋转工件温度场进行监测的原理；重点介绍了监测系统的构成、监测方法、数据采集、数据分析和应用。主要监测在精密加工中对工件的加工精度影响较大的振动、主轴的位移、刀具温度、刀具切削力、工件温度，所监测的非电参数信息通过不同的传感器被检测，然后经信号的转换和放大后送入数据采集系统。采用近焦距红外探头实时监测刀尖温度，在夹持刀具的刀架上引出一纵向支架，其上固定放置红外探头，使得探头与刀具相对位置不变而同时移动；采用快速移动近焦距红外探头的方法对精密加工中的工件进行匀速扫描来实现温度场的监测，根据工件的长度、刀架移动的速度，得出在一个扫描周期内温度的变化，建立一个坐标，将工件长度与温度变化对应起来，得出不同时刻扫描的温度曲线；利用压电传感器对机床重要部件（主轴箱、刀架、转盘等）进行振动监测；利用涡流传感器进行非接触检测主轴轴向位移量；采用压电石英力传感器测量刀具三个方向的切削力，其中检测刀具切削力的关键是设计特殊的测力仪刀体。根据监测时间长、监测参数多的特点，测量系统中数据采集部分采用PCI插槽、12位、4通道可连续存盘（DMA方式）的数据采集卡进行采集，然后对采集数据进行时域和频域分析。测量结果主要有：可得到切削速度、切削深度、进给量与刀具的切削力、刀具的温度、工件的温度场分布及振动的关系，便于深化认识，提高技术水平，最终使加工过程达到一个最优化的状态；通过数据分析，可以对故障的危害进行早期预报、识别，并最快地查找到故障产生的原因。

　　通过对精密数控车床精密加工过程中设备状态（刀具三向切削力、振动、刀具温度、主轴轴向位移）和旋转工件部分参数（工件表面温度）的实时监测，能了解和掌握加工系统在运行过程中的状态，优化设备运行和加工过程，在出现异常时，可提供分析数据。