FC3D120三維力傳感器應(yīng)用于立銑刀小切深磨損量監(jiān)測(cè)研究案例

在半精銑削、精銑削加工過程中，有關(guān)刀具磨損監(jiān)測(cè)的研究，為更換刀具提供指導(dǎo)和參考。浙江大學(xué)某碩士研究生畢業(yè)設(shè)計(jì)，選用振動(dòng)、電流和力傳感器，在銑削實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上同時(shí)采集三種不同類型的信號(hào)，并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理和提取特征，建立一種高準(zhǔn)確度的立銑刀小切深磨損量監(jiān)測(cè)模型，從而為適時(shí)更換刀具提供理論參考數(shù)據(jù)。

其主要試驗(yàn)過程如下：（1）在加工中心搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行小切深銑削試驗(yàn)。采集銑削過程中的切削力、振動(dòng)和電流信號(hào)。（2）在 Matlab 平臺(tái)上對(duì)各傳感器的信號(hào)的時(shí)域、頻域和時(shí)頻域特性進(jìn)行提取，并對(duì)其隨銑刀磨損程度的增大進(jìn)行分析。（3）根據(jù)現(xiàn)有條件建立兩種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)模型，并測(cè)試兩種模型的預(yù)測(cè)磨損量的效果，對(duì)比哪種模型的監(jiān)測(cè)效果更好；（4）基于所選擇的銑刀磨損量監(jiān)測(cè)模型，建立銑刀磨損量監(jiān)測(cè)流程。

其中，切削力信號(hào)采集使用三軸力傳感器，三軸力傳感器與工件通過螺栓連接， 然后三分力傳感器通過螺栓固定在底座上面，底座由夾持裝置固定在數(shù)控加工中心的工作臺(tái)上。實(shí)驗(yàn)過程的三向切削力信號(hào)采用上海耐創(chuàng)測(cè)試技術(shù)有限公司生產(chǎn)的三軸力傳感器（型號(hào)：FC3D120-200N）測(cè)試套件進(jìn)行采集。三向力傳感器緊貼工件下方，與工件通過螺栓相連接。三向力傳感器可以同時(shí)采集 X、Y、Z 三個(gè)方向的受力信號(hào)。傳感器引出線連接到配套的三通道信號(hào)放大器（型號(hào)：FC-CS81/3C），將微弱的原始毫伏信號(hào)放大到 0～5V 標(biāo)準(zhǔn)電壓，通過校準(zhǔn)，將此電壓輸入到數(shù)據(jù)采集器中經(jīng)比例換算得到力值輸出。

銑刀插入刀柄底端的筒夾，旋緊筒夾，然后銑刀便一直固定在刀柄底端，兩者相對(duì)位置不變，除非該銑刀已經(jīng)達(dá)到磨損極需要換刀。把刀柄安裝在主軸上，接著就可以一遍一遍運(yùn)行銑削程序了。 工件用 4 個(gè) M6 螺栓連接在三軸力傳感器上方，傳感器固定在底座上，底座用 4 個(gè)組合壓板具固定在機(jī)床工作臺(tái)上。三向傳感器由信號(hào)線與外部的數(shù)據(jù)采集裝置相連，數(shù)據(jù)采集裝置接入電腦，由數(shù)據(jù)采集器相配套的處理軟件將各種信號(hào)存儲(chǔ)和顯示，以供進(jìn)一步的分析和處理。

獲得各個(gè)傳感器信號(hào)后，并從中提取若干特征，因?yàn)楦鱾鞲衅餍盘?hào)的各特征與銑刀磨損量是具有不同相關(guān)程度的，所以要比較和篩選特征，為銑刀磨損監(jiān)測(cè)建模奠定基礎(chǔ)。銑刀磨損實(shí)驗(yàn)中采集到的信號(hào)以及所提取的信號(hào)特征與銑刀磨損量之間有不同程度的相關(guān)性，分析并篩選出與磨損量相關(guān)性強(qiáng)的融合特征向量。從所選的特征中可以發(fā)現(xiàn)，在銑刀小切深銑削條件下，切削力信號(hào)與銑刀磨損量的相關(guān)性較小。采集的三向切削力信號(hào)，在較大和中等切削深度的情況下，切削力信號(hào)對(duì)預(yù)測(cè)磨損量有較大貢獻(xiàn)。

切削力信號(hào)是切削過程中與銑刀磨損量最直接有效、波形最·明·顯、受干擾最 小的信號(hào)，可反應(yīng)出銑刀在切削過程中的靜態(tài)特性與動(dòng)態(tài)特性。三維傳感器對(duì)相關(guān)力值數(shù)據(jù)的收集為實(shí)驗(yàn)人對(duì)刀具磨損監(jiān)測(cè)與判斷提供了強(qiáng)有力的支撐。以上畢業(yè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目再次表明上海耐創(chuàng)測(cè)試技術(shù)有限公司生產(chǎn)的多做型號(hào)力傳感器與力學(xué)測(cè)試設(shè)備，可以為國(guó)內(nèi)許多工科高校及科研院所提供高品質(zhì)的測(cè)力傳感器與采集設(shè)備，為其開展各種基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)和科研試驗(yàn)提供產(chǎn)品與技術(shù)支持。