胡宇宏,申軼穎

（湖南工業(yè)職業(yè)技術學院，湖南 長沙 410208）

0 引言

數(shù)控車床因其切削加工是大功率、大切削用量、高速切削, 刀具材料多為新材料, 工件多為難加工材料等特點, 使得加工過程中的危險性比普通機床大得多。而其中因刀具失效而造成的故障停機率約占數(shù)控車床總故障率的22.4%[1～4], 所以刀具狀態(tài)（如磨損、破損）的實時監(jiān)控便成了重大技術關鍵, 至今尚未得到很好解決。如果能解決好這個問題, 就可以避免因人為因素或技術因素而引起故障停機的75%[5～8]。本文闡述的就是解決這一問題的其中一種方法。

我們知道，當結構發(fā)生破損的時候，它的動力特征，如固有頻率等會發(fā)生改變[9～11]。我們可以將結構損傷前和損傷后的固有頻率差值作為表征結構損傷的敏感參數(shù)。而數(shù)控車床的刀具一刀架系統(tǒng)就可以視為這種結構。則刀具一刀架系統(tǒng)的固有頻率差值就可以表征刀具一刀架系統(tǒng)的損傷。通常刀具一刀架系統(tǒng)中的刀架一般是不會破損的，而其中的刀具則會經常發(fā)生破損，所以刀具一刀架系統(tǒng)的破損其實一般就是刀具的破損。則刀具一刀架系統(tǒng)的固有頻率差值可以作為表征刀具損傷的敏感參數(shù)。

1 實驗方法

試驗所用材料為45 鋼，工件尺寸直徑為75mm 長115mm，機床為華中數(shù)控車床HNC-21T；切削深度ap為0.8～2.5mm；進給量f 為0.1～0.26mm/r；主軸轉速n 為600r/min。

我們在刀具一刀架系統(tǒng)中選取11 個測點分布如圖1所示。在1 點和3 點分別固定相應靈敏度的拾振傳感器,通過脈沖力錘逐點激振的方法來獲取車床刀具一刀架系統(tǒng)的固有頻率。試驗裝置如圖2 所示。

圖1 測點布置

圖2 試驗裝置

采用上面的方法,我們對刀具一刀架系統(tǒng)進行了實驗。由于刀具一刀架系統(tǒng)振動的各階模態(tài)主要為刀具的一、二階振型與刀架振動的藕合效應，刀架的振動幅值在研究范圍內是相對較小的[12]。所以我們取刀具一刀架系統(tǒng)的第一階固有頻率為研究對象。首先安裝一把新車刀，測得刀具一刀架系統(tǒng)的第一階固有頻率f1=1503Hz。試驗中采用如下方法來代表車刀的破損:在車刀刀尖附近割出一道窄槽。用窄槽的深淺來表征刀具的破損大小。

當割出一道窄槽時，測得f1=1465Hz；△f1=1503-1465=38Hz。

當窄槽深度加深5%時，測得f1=1428Hz；△f1=1503-1428=95Hz。

當窄槽深度加深10%時，測得f1=1390Hz；△f1=1503-1390=113Hz。從上述試驗中可以得出以下結論：

（1）當?shù)毒咂茡p時，刀具一刀架系統(tǒng)固有頻率的變化明顯。損傷越大，其固有頻率差值越大。其固有頻率差值可以作為表征刀具損傷的敏感參數(shù)。

（2）經采用不同的切削用量和切削不同的工件材料進行多次重復試驗時，結果也是如此。

2 結論

（1）車刀破損前后刀具一刀架系統(tǒng)固有頻率總會發(fā)生變化, 這種相對變化與切削用量、工件材料等均無關系。

（2）采用刀具一刀架系統(tǒng)固有頻率差值監(jiān)測車刀破損,監(jiān)測方便易于實現(xiàn)。

（3）該方法需要知道車刀破損前的刀具一刀架系統(tǒng)固有頻率。

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