自由曲面数控加工中端铣刀过切故障监控

董 斌

（新疆石河子职业技术学院，石河子 830000）

自由曲面数控加工中端铣刀过切故障监控

董 斌

（新疆石河子职业技术学院，石河子 830000）

本文主要阐述小波分析法在数控加工中的应用，以及在应用小波分析法避免过切现象发生的同时，更详细地了解故障发生的原因，为今后工作提供借鉴。

自由曲面 数控加工 中端铣刀 故障监控

在研究关于NC技术中发现，监测切割的状态，通常用于零件加工中。此外，拥有自由曲面特征工件的加工中，也缺少关于数控技术的有效监管方式。通过对二维轮廓的过切以及刀具损坏监测和对球型铣刀过切的研究，发现球头铣刀模具数控加工中的粗加工和半精加工铣削，有可能被端铣刀替代。不过，端铣刀相比于球型铣刀，加工过程中的过切故障更难以被修复，是需要注意并监测端铣刀的地方，以此比较端铣刀与球型铣刀。本文考虑用相同或相似的数控铣削方法监控过切，进行有效监测，并使用相同算法、相同数据监视过切，创建类似的模式，相关的数字模型，根据小波能量法对端铣刀的过切过程进行监控。

1 过切模型

1.1 过切故障

通常在铣刀过切故障中，大都是由于故障监控系统不够完善，导致发生过度切削和刀具故障的情况，而相关技术人员未能立即察觉，导致损失了很多材料。在数控加工上，自由曲面技术要想避免过度切削的情况，应该对端铣刀进行改善。而端铣刀的切削角度可由对端铣刀的削切模型进行调整来完成，以避免不必要的浪费，也保证数控加工活动的良好运行。与以前型号的球形铣刀不同，端铣刀在模型建立上，过切模型与整体结构与之前相比存在很大不同。而在这个程序中，除了管理模式结合切削过度外，也需要考虑立铣刀加工屑空间，以确定模切型号是否达到其标准。

1.2 自由曲面的切割变化

在加工自由曲面的渐进切割中，通过切割模具的过程发现，当刀具到达BB，斜面会由侧刀进行切割；而当车辆被移动到CC，侧刃会与预计加工斜面相交，且端铣刀会超过规定临界点；在此之前有一点不同，全部的体积切割变化基于原始V1改变为V1+V2（V1在下切面，V2于顶部）。

1.3 切削体积的变化

在一个完整的刀具运行过程中，切削深度的直线等于工件与刀刃的实际接触线。因此，可以判断，在切削的正常运行中，对体积的切削将通过临界过切来确定加工的规定表面，以形成扇形块体积。当整个工具超过规定点时，切削也会发生变化，即从V1改变成V1+V2，而其整个的运行过程也会受到影响，为正常切削功率的（1+ V2/V1）倍。因此，所有的过切模式，除了过度削减体积的变化，原有的基础模型也发生了变化，从而导致了过切故障。

2 故障监控中小波分析的应用

过切故障的监测方法，如小波分析法，及时寻找发现并解决铣刀的过切故障。它不仅要避免过切现象，也要保证刀具的过切质量。在监测过程中，小波分析包括如下方面。

2.1 应用小波分析所需条件

在中国的社会发展中，自由曲面一直是数控加工中具有较高难度的工序。不但对成品质量的要求很高，对成品的外观也一样有着很高要求。在故障监测过程中，以下是使用小波分析法所需要注意的几点：

（1）端铣刀的选择，其直径应该为固定的3齿；

（2）切口的深度被设定为0。2mm的主轴转速500R/分钟，取样频率被设置为1kHz。继前期准备工作，利用KT2A/P型霍尔电流传感器电流供应，使得其在运行过程中满足数控设备的整个运行需求。

（3）在过切前，需要选择为A3的钢工件材料；

（4）在数控磨具运行过程中，调整的斜率在40℃的角度。

2.2 小波分析基本原理

基本上，小波故障监测方法的整个过程中，导致信号功率的改变集中在小波分解“平滑”的地方。这些主要与发出端铣刀的过切信号有关，但对数控工具正常运行也有影响。“平滑”地方的信号，在外部环境和时间的影响下，逐渐分散、缩小，或者直接影响过切信号。在外部噪声环境情况下，这些信号可以在原来的特点上受到干扰，并且其功能不能有效发挥作用。情况严重时，将会影响监控系统的运行，数控的模具也会因此损坏。为了避免发生这种情况，则需要建立相关的监测系统，且管理者需定时对监测数据进行更新。实际测量中，为了防止端铣刀在切割过程中过切，可采用这种方式来控制过切时间。另外，为了尽量防止过切故障的情况出现，建立完善的制度，除了具备相应的硬件，还需要管理者具备一定的操作知识。在已有知识的基础上，加强计算与操作能力，以确保自己的操作水平达到规定要求，而且要保证数控磨具的运行质量，避免过切发生故障。

2.3 小波变换与过切信号

根据端铣刀的原始信号可以发现，端铣刀的切削功率会在原有的基础上继续上升。对于过切时间，并不能有效分辨。在整个运行过程中，外部的背景噪声会影响切割过程，特别是在切削速度、切削功率降低时，会被覆盖。整个小波变换中，刀具尺度的变化会影响函数值。同样，一定程度上尺度数类似于一个拥有边带通特点的滤波器，对于不同环境下的子信号可由这种滤波器进行采集。小波变换的“平滑”部分，可以在端铣刀的运行中保持正常的工作状态，还能在原始的基础上，在不受噪音影响的条件下，为刀具提供准确信号，以判断是否过切。

3 结论

在整个数控端铣刀加工自由曲面的过程中发现，当进行斜面切削时，增加其切削体积应该有一个阈值，这样增速不可超过V2/V1。运行中，切削功率在（1+V2/V1）倍时，可用于表示主轴电动机电压，即切削功率的变化。尤其是小波分解中，切削过程与平滑具有良好的对应关系。根据研究表明，0.1s的计算单元就可以达到监控要求。对于故障，从开始到控制，不足1s。在几何数据变化的情况下，端铣刀依然可以适应，可监控二维轮廓球形刀的过切与曲面过切，以构成数控加工过切监控的完整系统。

[1]许树新，赵继，王洪刚.自由曲面数控加工中过切的小波分析[J].农业机械学报，2000，31（6）：104-106.

[2]赵继，许树新，祝佩兴，等.曲面数控加工的过切故障建模及监控[J].机械工程学报，2001，37（9）：80-82，87.

[3]张振金，浦艳敏.自由曲面数控加工刀位轨迹与加工精度的研究[J].辽宁石油化工大学学报，2003，23（4）：45-48.

[4]刘贵忠，邸双亮.小波分析及其应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，1992.

Fault Monitoring of End Milling Cutter in NC Machining of Free Form Surface

DONG Bin
(Xinjiang Shihezi Vocational College, Shihezi 830000)

This paper mainly discusses the application of wavelet analysis in the process of NC machining, and the application of wavelet analysis method to avoid the phenomenon of over cutting occurred at the same time, a more detailed understanding of the cause of the failure, provide a reference for future work.

free form surface, NC machining, middle end milling cutter, fault monitoring