发布于 2013年12月14日
深孔加工过程的监测与诊断的最终目的是在保证产品质量的前提下，降低制造成本，提高生产率，通过在线识别过程状态，分析过程中出现的问题，以提供稳定的生产条件。
1. 现有的监测方法和原理
切削过程的状态异常，必然通过各种现象以多种方式表现出来，如刀具的磨损可能引起切削力的增加、切削温度的上升、切削振动的加剧、切削功率的增大、表面粗糙度的恶化、尺寸超差等。早期的监测方法很多是基于对刀具磨损的直接测量，称为直接法，准确地说是“直接测量刀具磨损监测法”。理论上说，切削过程表现出的多种状态参量的变化均可用于切削异常状态的监测。
(1)直接测量刀具磨损（破损）监测法
刀具磨损量的大小是反映刀具切削性能的重要标志。通过直接测量刀具磨损可以达到监视刀具切削性能和加工过程状态的目的，其特点是能够准确测量刀具磨损量的大小，缺点是测试设备较为复杂，难以做到在线（In-Process)测 量，对切削环境的要求较高。直接测量刀具
磨损的典型方法有：
① 光导纤 维法；
② 电视摄像法；
③ 放射性同位素法；
④ 接触电阻 法；
⑤ 光学测量 法；
⑥ 接触探头法。
其中，光导纤维法、电视摄像法、光学测量法和接触探头法可以用于车、铣 、钻削加工完成后检测刀具的磨损和破损情况。放射性同位素法和接触电阻法可用于在线检测，但因为使用不便，至今仍限于实验室使用。
(2) 切削力监测法
大量研究表明，切削力或扭矩与刀具状态有着密切的联系。据统计，国外约有80% 的约束性自适应控制车、铣床利用力或扭矩的变化实现闭环控制。监测方法多以力、扭矩增量或切削分力比为依据，当测量值超过某一预先设定的阈值时即认为刀具发生了磨损或破损。南京航空航天大学张幼桢等人利用切削力的相对变化对切削过程进行动态监测，提出所谓“导数法”、“相关法”和“能量法”等监测策略，证实切削力监测刀具状态比较可靠。力监测技术在使
用中的困难之一是测力传感器的安装常常会对加工系统产生影响，通过使用测力轴承可以解决这个问题。
(3) 电机电流与功率监测法
电机电流与功率监测方案，是被最早成功应用的方法之一。该方案的突出优点是信号测量简便易行，传感器远离加工区，不会造成对加工系统的任何影响。功率监测方案的缺点是灵敏度不足，这在很大程度上限制了该方案的应用。电机电流与电机功率的差别在于，前者测量更加简单，但抗干扰能力较差，如电网电压的波动、功率因素的变化等都会对电流的大小产生影响，而功率法则具有较强的抗干扰能力。另外，由于电流、功率监测灵敏度的限制，这两种监
测方法比较适于粗加工和重型切削。
(4)声发射（Acoustic Emission，简 称 A E )监测法
声发射技术在监测领域中应用极为广泛，被认为是检测刀具磨损状态尤其是刀具破损最有效的方法。A E 信号属于所谓二次效应信息，利用它经常能发现原发性故障，并作出提前预报。当固体材料发生变形、断裂和相变时，会引起应变能的迅速释放，A E 即随之而产生弹性应力波。刀具破损时的A E 信号频率范围通常在100 kHz〜1 M H z ，由于频率极高，经过适当滤波，就很容易与周围环境噪声分开。1977年 ，日本学者K. Iwata等人发展了利用A E 法监测刀具磨损状态的技术，按阈值电压的不同，发现振峰总计数与后刀面磨损成线性或二次曲线关系。也有学者认为，A E 法不适
于磨损状态的监测，但可用于破损监测。国内也有不少单位开展了这方面的工作，如山东大学 、哈尔滨工业大学、华中科技大学、西北工业大学等。清华大学已研制成功A E 车削监视仪。A E 监测方案在国外也有大批专利问世。但实际应用中还有许多问题有待解决（如传感器安装 、信号除噪、特征识别技术等）。
(5)振动监测法
振动信号早巳广泛而成功地用于结构的故障诊断。振动测试技术、信号分析处理手段也已比较成熟，已形成一套完整而系统的理论基础和实验方法。切削过程必然伴随着振动的产生 ，振动信号中包含有丰富的切削状态的信号，如刀具磨损、破损状况,切屑形状、积屑瘤等，这些都可改变加工系统的振动特 性 。加 拿 大 学 者Thomas Moore利用振动信号监测钻头的破损 ，认为使用大钻头钻削时，加速度信号的幅值是刀具破损的有效指示；信号频谱不仅监测破损不够可靠，而且需要复杂的测试设备。华中科技大学杨叔子教授等用微型机在车床上对刀
具状态进行振动监测证明：随着刀具磨损程度的加剧，功率谱图像上的主峰频率向低端移动。除上述主要方法外,还有许多其他监测方法可以利用，如根据加工尺寸的变化检査刀具状态的方法、刀具振动的阻尼监测法、切削噪声监测法和功率因数监测法等。