第6期 2017年6月
组合机床与自动化加工技术
Modular Machine Tool & Automatic Manufacturing Technique
文章编号：10012265(2017)06009003
DOI: 10. 13462/j. cenki. mmtamt. 2017. 06. 023
基于变频器输人电流的刀具磨损状态
监测系统设计与实现李康，黄民，吴国新，姜召才
（北京信息科技大学机电工程学院，北京100192）
No.6 Jun.2017
摘要：为了使电流信号监测刀具磨损状态的可靠性提高。首先研究了变频器输入电流与刀具磨损状态的相关性，并根据电流有效值定义提出一种计算变频器输入侧线电流的方法。结合该方法分析软件和硬件的需求后，采用工业控制计算机主板、USB-4711A采集卡以及霍尔电流传感器搭建硬件平台，以Qt作为软件开发框架，设计研发了一套在线刀具磨损状态实时监测系统。该系统可应用于多
种数控机床设备。经实验验证，该系统能够反映刀具磨损状态，及时发出更获刀具提醒。关键词：变频器；电流；刀具磨损；监测
中图分类号：TH117：TG659
文献标识码：A
Design and Implementation of Tool Wear Condition Monitoring
System Based on Inverter Input Current
LI Kang, HUANG Min, WU Guo-xin, JIANG Zhao-cai
( School of Mechanic and Electric Engineering , Beijing Information Science & Technology University , Beijing 100192，China）
Abstract : In order to increase the reliability of current signal monitoring tool wear condition, the correlation between inverter input current and tool wear condition was studied firstly. Then, according to definition of current virtual value, a new method about how to calculate line current on inverter input side was defined. With this method, a real-time online system for monitoring tool wear condition was designed and implemen ted after analyzing the requirements of hardware and software. In this system, the board of IPC, USB-4711A DAQ card and Hall current sensor was used for building hardware platform, and the software was de-signed by using Qt framework. The system can be mounted on a variety of CNC equipment. The experimen-
tal results show that the system can reflect the tool wear condition, and remind to change tool timely Key words; inverter; current; tool wear condition; monitoring
0引言
在机械加工过程中刀具会因磨损导致逐渐失效，
若不及时更换刀具就会造成加工质量降低，产品废品率提高，严重时甚至损坏机床，造成生产事故")。目前的数控机床已经能够准确判断自身或加工过程中的出现的多种故障，并通过一定的方式自动排除故障。但在刀具的磨损状态方面却主要靠工人经验，并且需要停机观察才能判断刀具的磨损程度，这就阻碍了自动化程度的提高，降低了生产效率。据统计，在加工过程中有75%的故障是有刀具失效引起的]。若能实现刀具磨损状态的在线监测对降低废品率，提高生产效率，促进自动化进程十分有利3]。
目前，国内外进行刀具磨损状态监测的方式主要分直接监测和间接监测两类4]。对于直接法，因其需要停机获取刀具的磨损参数，所以在自动化系统中般不予采用3]。对于间接测量法，因可在线测量，不影响加工过程，被国内外广泛采用。
使用电流信号测量刀具磨损状态是常用的一种间接测量方法，但目前多数研究都采用主轴电机或进给电机电流信号等变频器输出侧电流信号。而变频器的输出侧电压由于采用SPWM调制处于不断变化之中，在功率一定的情况下，输出侧电流将随电压变化，导致刀具磨损状态判断不够准确。变频器输人侧电压值固定，因此该侧测量电流信号，不仅能够解决该问题，还将主轴电机和进给电机电流信号一并纳入测量，从而
收稿日期：20160815;修回日期：201610-02
*基金项目：国家科技重大专项"高档数控机床与基础制造装备"（2013ZX04011-012）
作者简介：李康(1990—），男，山东青岛人，北京信息科技大学土研究生，研究方向为机电系统状态监测与故障诊断，（E-mail)）likamgd@163
com；通讯作者：黄民（1965一），男，江苏徐州人，北京信息科技大学教投，博士，研究方向为机电系统状态监测与故障诊断，（E-mail） Hm_cumt@ sina. com.
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