基于声发射技术的刀具检测虚拟仪器实验研究
单宁
（武警工程学院装备运输系，陕西，西安 710086）
摘要：为保证加工过程中工件加工质量，降低废品率，须实时监测刀具的健康状态。本文分析了刀具声发射检测机理，建立基于声发射技术的刀具实时监测系统，利用虚拟仪器技术开发了切削加工过程中刀具检测的声发射信号采集和报警软件，进行了实验研究。结果表明，该系统能有效实现刀具切削过程中状态变化的非接触监测，系统软件界面友好，操作简单，具有一定的灵活性，易于扩展功能，可靠性高，成本低。
关键词：声发射技术，虚拟仪器，刀具，健康监测
中图分类号：TG115
Experiment Study on Detection Virtual Instrument of Tool Based on Acoustic Emission Technology
Shan Ning
(Department of Equipment and Transportation, Engineering College of CAPF, ShannXi, Xi’an 710086)
Abstract: The health of tool must be real-time monitored in order to assure the machining quality of workpiece and reduce the ratio of waster in the process. In this paper, the detecting theory of tool based on acoustic emission is analyzed. The real-time monitoring system of tool based on acoustic emission is established. The collection and alarm software of acoustic emission signals is developed by adopted the virtual instrument technology. Experimental study is carried through. The results show that the system can monitor the changing state of tool in the machining process efficiently and fast and non-contact. The system software has a friendly interface and simple operation. It has certain flexibility, high reliability, good expansibility and low cost.
Keywords：acoustic emission technology; virtual instrument; tool; health monitoring
1. 引言
随着计算机技术的不断发展，现代机械制造系统正逐步朝着柔性制造系统和计算机集成制造系统等自动化加工系统发展。而加工系统能自动地对生产过程中出现的故障进行实时、可靠的在线监测和调整是自动化加工系统的一个基本要求。因此，为了保证机械制造自动化和生产的顺利进行，需要对加工过程中所出现的故障进行有效检测。刀具是机械加工过程中最基本的加工元素，刀具破损会导致加工过程中断，引起工件报废，增加废品率，使机床损坏，降低机床使用率，增大生产成本，故在加工过程中对刀具的实时监测已成为制约切削加工发展的一个关键因素[1~5]。
目前用于刀具实时监测的方法有很多，大致可分为直接测量法和间接测量法两大类。直接测量法主要有光学法、接触电阻法、放射性法等。间接测量法主要有温度测量法、振动分析法、声发射法、主电机功率或电流监测法等[6~9]。声发射检测技术具有灵敏度高、响应时间快、使用和安装方便，不干涉切削加工过程等优点。声发射信号直接来源于切削加工点，
与刀具破损相关程度高，受切削条件变化影响小，能精确可靠预报刀具破损。声发射信号频率范围远远高于机械振动和环境噪声的频率范围，用高通滤波器很容易得到无干扰信号，接收声发射信号的声发射传感器也很容易安装在刀具上，而不影响加工过程。因此，国内外研究结果和实际使用情况普遍显示声发射监测法具有较好的应用前景[10~13]。
虚拟仪器是随着计算机技术和现代测量技术发展起来的自动测试技术。它用软件取代硬件，克服了硬件化仪器的封闭性、缺乏灵活性、响应速度慢等缺点，具有功能化、模块化、数据共享、体积小、成本低等优点。将虚拟仪器技术应用于刀具检测中，可以使检测仪器小型化、多功能化，缩短开发周期，提高灵活性，实现自动检测等。因此，开发基于虚拟仪器技术的刀具实时健康监测系统具有广阔的应用前景和很大的实用价值[14~16]。
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