FC3D120三維力傳感器應用于立銑刀小切深磨損量監測研究案例

在半精銑削、精銑削加工過程中，有關刀具磨損監測的研究，為更換刀具提供指導和參考。浙江大學某碩士研究生畢業設計，選用振動、電流和力傳感器，在銑削實驗平臺上同時采集三種不同類型的信號，并對其進行預處理和提取特征，建立一種高準確度的立銑刀小切深磨損量監測模型，從而為適時更換刀具提供理論參考數據。

其主要試驗過程如下：（1）在加工中心搭建實驗平臺，進行小切深銑削試驗。采集銑削過程中的切削力、振動和電流信號。（2）在 Matlab 平臺上對各傳感器的信號的時域、頻域和時頻域特性進行提取，并對其隨銑刀磨損程度的增大進行分析。（3）根據現有條件建立兩種神經網絡監測模型，并測試兩種模型的預測磨損量的效果，對比哪種模型的監測效果更好；（4）基于所選擇的銑刀磨損量監測模型，建立銑刀磨損量監測流程。

其中，切削力信號采集使用三軸力傳感器，三軸力傳感器與工件通過螺栓連接， 然后三分力傳感器通過螺栓固定在底座上面，底座由夾持裝置固定在數控加工中心的工作臺上。實驗過程的三向切削力信號采用上海耐創測試技術有限公司生產的三軸力傳感器（型號：FC3D120-200N）測試套件進行采集。三向力傳感器緊貼工件下方，與工件通過螺栓相連接。三向力傳感器可以同時采集 X、Y、Z 三個方向的受力信號。傳感器引出線連接到配套的三通道信號放大器（型號：FC-CS81/3C），將微弱的原始毫伏信號放大到 0～5V 標準電壓，通過校準，將此電壓輸入到數據采集器中經比例換算得到力值輸出。

銑刀插入刀柄底端的筒夾，旋緊筒夾，然后銑刀便一直固定在刀柄底端，兩者相對位置不變，除非該銑刀已經達到磨損極需要換刀。把刀柄安裝在主軸上，接著就可以一遍一遍運行銑削程序了。 工件用 4 個 M6 螺栓連接在三軸力傳感器上方，傳感器固定在底座上，底座用 4 個組合壓板具固定在機床工作臺上。三向傳感器由信號線與外部的數據采集裝置相連，數據采集裝置接入電腦，由數據采集器相配套的處理軟件將各種信號存儲和顯示，以供進一步的分析和處理。

獲得各個傳感器信號后，并從中提取若干特征，因為各傳感器信號的各特征與銑刀磨損量是具有不同相關程度的，所以要比較和篩選特征，為銑刀磨損監測建模奠定基礎。銑刀磨損實驗中采集到的信號以及所提取的信號特征與銑刀磨損量之間有不同程度的相關性，分析并篩選出與磨損量相關性強的融合特征向量。從所選的特征中可以發現，在銑刀小切深銑削條件下，切削力信號與銑刀磨損量的相關性較小。采集的三向切削力信號，在較大和中等切削深度的情況下，切削力信號對預測磨損量有較大貢獻。

切削力信號是切削過程中與銑刀磨損量最直接有效、波形最·明·顯、受干擾最 小的信號，可反應出銑刀在切削過程中的靜態特性與動態特性。三維傳感器對相關力值數據的收集為實驗人對刀具磨損監測與判斷提供了強有力的支撐。以上畢業設計項目再次表明上海耐創測試技術有限公司生產的多做型號力傳感器與力學測試設備，可以為國內許多工科高校及科研院所提供高品質的測力傳感器與采集設備，為其開展各種基礎實驗和科研試驗提供產品與技術支持。