切削力的计算机辅助测量技术的研究与应用

信号分析算法程序集成在一起，提供了先进的数字与信号分析环境。勿需特别编程即可求得公式中的系数和指数。对试验中测得的数据进行选点、统计分析和异常数据处理之后，直接利用Mathematics模板中曲线拟合（CurveFitting）子模板上的线性拟合（LinearFit）和指数拟合（ExponentialFit）节点，分别求出各系数值和指数值。
　　切削功率计算
　　切削功率P对于刀具磨损或破损的判定具有重要意义，是切削过程监控的一项重要指标。切削功率指消耗于切削过程中的功率，为切向切削分力Fz和轴向切削分力Fx所消耗功率之和。由于在切深方向没有位移，故径向切削分力Fy不消耗功率。近似计算Pm时采用如下公式：Pm=FmV×10-3kW式中，V为切削速度，可由试验现场输入工件转速和加工工件直径计算得到。
　　切削状态判定
　　通过切削力的变化，可以判定刀具磨损和破损、颤振、积屑瘤以及切削参数的合理性等切削过程状态。采用基于知识的推理方法实现状态判定（要求事先根据切削试验或切削手册建立若干判据和数据库）。下面以刀具磨损的判定为例进行说明。
　　刀具磨损主要取决于刀具材料、工件材料的物理机械性能和切削条件。刀具正常磨损的原因主要是机械磨损和热、化学磨损，刀具磨损一般有硬质点磨损、粘结磨损、扩散磨损和化学磨损等四种类型。不同的刀具材料在不同的切削条件下加工不同的工件材料时，其主要磨损原因可能是其中一、二种。刀具磨损将直接影响加工效率、质量和成本。刀具的磨损过程分为初期磨损阶段、正常磨损阶段和急剧磨损阶段。到急剧磨损阶段，刀具就不能继续使用（这个限度称为磨钝标准）。但在实际生产中，不可能经常卸下刀具来测量磨损量以判定刀具是否已经磨钝，只能根据切削过程中的一些现象（例如切削力的变化）来判定。
　　刀具磨损增加时，作用在前、后刀面的切削力也增加。可以利用切削力的增大、切削分力比的变化、动态切削力的变化等来判定切屑碎断、积屑瘤变化或刀具前后刀面及钝圆处的磨损状态。
　　由于每个特定制造企业所采用的刀具和工件材料数量是有限的，因此可预先通过若干切削试验，记录某刀具切削某种材料时达到磨钝标准的三向切削力比值和波形曲线，并将切削力的瞬时值与平均值存储于数组中（建立一个评判数据库）。将实际车削时得到的切削力波形曲线与库中存储的磨钝波形曲线进行相似性评判，得出相似性量化指标。将预先给定的相似性阈值作为判定刀具磨钝的判据；一般情况下，波形曲线是平直的，所以也可直接比较切削力的平均值和瞬时值来判定刀具的磨钝状况。
　　切削试验表明，利用切削力来反映刀具磨损状态，成功的关键是波形曲线相似性评判模块和刀具磨钝时切削力波形曲线的建立。

　　4结语
　　虽然对切削力的计算机辅助测量技术的研究与应用已不是一个新的课题，但基于LabVIEW的虚拟仪器软件技术的开发使它功能更强、编程更方便、使用更灵活，在切削力数据的处理和图形化显示方面尤其突出。本文所开发的切削力测量虚拟仪器已经达到实用程度，同时稍作改进，也可应用于其它切削参数（如切削温度）的测量。随着对虚拟仪器软件技术的深入研究，相信它在机械加工过程监控中将会发挥更大的作用。