單臺(tái)機(jī)床的加工，對(duì)刀具磨損和破損的監(jiān)測(cè)，憑工人的經(jīng)驗(yàn)，尚能進(jìn)行正常的生產(chǎn)，而對(duì)FMS、CIMS、無(wú)人化工廠(chǎng)，必須解決刀具磨損與破損的在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及控制問(wèn)題。因?yàn)榧皶r(shí)確定刀具磨損和破損的程度并進(jìn)行在線(xiàn)實(shí)時(shí)控制，是提高生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化程度及保證產(chǎn)品質(zhì)量，避免損壞機(jī)床、刀具、工件的關(guān)鍵要素之一。

　　監(jiān)測(cè)原理監(jiān)測(cè)參量的選取監(jiān)測(cè)原理監(jiān)測(cè)原理框圖監(jiān)測(cè)刀具磨損和破損的方法很多，可分為直接測(cè)量法和間接測(cè)量法兩大類(lèi)。直接測(cè)量法主要有：光學(xué)法、接觸電阻法、放射性法等。間接測(cè)量法主要有：切削力或功率測(cè)量法，刀具和工件測(cè)量法，溫度測(cè)量法，振動(dòng)分析法，AE法，電機(jī)電流或功率測(cè)量法等。

　　比較現(xiàn)有的刀具磨損和破損的監(jiān)測(cè)方法，各有優(yōu)缺點(diǎn)，我們選取聲發(fā)射（AE）和電機(jī)電流信號(hào)作為監(jiān)測(cè)參量。這是因?yàn)锳E信號(hào)能避開(kāi)機(jī)加工中噪聲影響最嚴(yán)重的低頻區(qū)，受振動(dòng)和聲頻噪聲影響小，在感興趣區(qū)信噪比較高，便于對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理。響應(yīng)速度快，靈敏度高；但重負(fù)荷時(shí)，易受干擾。而電機(jī)電流信號(hào)易于提取，能適應(yīng)所有的機(jī)加工過(guò)程，對(duì)正常的切削加工沒(méi)有影響，但易受干擾，時(shí)間響應(yīng)慢，輕負(fù)荷時(shí)，靈敏度低。這樣，同時(shí)選AE和電機(jī)電流為監(jiān)測(cè)信號(hào)，就能利用這2個(gè)監(jiān)測(cè)量的各自長(zhǎng)處，互補(bǔ)不足，拓寬監(jiān)測(cè)范圍，提高監(jiān)測(cè)精度和判別成功率。

　　切削過(guò)程中，當(dāng)?shù)毒甙l(fā)生磨損和破損時(shí)，切削力相應(yīng)發(fā)生變化，切削力的變化引起電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致電機(jī)電流發(fā)生相應(yīng)的變化，電流法正是通過(guò)監(jiān)測(cè)電機(jī)電流的變化，實(shí)現(xiàn)間接在線(xiàn)實(shí)時(shí)判斷刀具的磨損和破損。AE是材料或結(jié)構(gòu)受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂時(shí)，以彈性波形的形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象。它具有幅值低，頻率范圍寬的特點(diǎn)。試驗(yàn)及頻譜分析發(fā)現(xiàn)：正常切削產(chǎn)生的AE信號(hào)主要是工件材料的塑性變形，其功率譜分布，100kHz以下數(shù)值很大，100kHz以上較小。

　　當(dāng)?shù)毒吣p和破損時(shí)，100kHz以上頻率成分的AE信號(hào)要比正常切削時(shí)大得多，特別是100-300kHz之間的頻率成分更大些。為此，應(yīng)通過(guò)帶通濾波器，監(jiān)測(cè)100-300kHz頻率成分AE信號(hào)的變化，對(duì)刀具磨損和破損進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

　　利用AE、電機(jī)電流信號(hào)綜合對(duì)刀具磨損和破損進(jìn)行判別的原理是：輕負(fù)荷區(qū)，依靠AE包絡(luò)信號(hào)，用閾值的方法進(jìn)行判別；在中負(fù)荷區(qū)，這時(shí)電機(jī)電流和AE信號(hào)都起作用，用兩者結(jié)合的方法進(jìn)行判別，提高判別的成功率，具體方法是：如果AE信號(hào)超過(guò)AE閾值，則置延時(shí)常數(shù)為ds（d的數(shù)值依賴(lài)于系統(tǒng)構(gòu)成），如果在ds時(shí)間內(nèi)，電流信號(hào)也超過(guò)電流信號(hào)的閾值，則判刀具極限磨損或破損。如果在ds時(shí)間內(nèi)，電流信號(hào)未超過(guò)電流信號(hào)的閾值，則不報(bào)警，由延時(shí)常數(shù)繼續(xù)監(jiān)測(cè)。這種以AE為先導(dǎo)，AE信號(hào)和電機(jī)電流信號(hào)進(jìn)行“與”的判別模式，既利用了AE信號(hào)具有實(shí)時(shí)、靈敏的特點(diǎn)，又考慮了電機(jī)電流信號(hào)具有滯后的性質(zhì)，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，提高了判別成功率。在大負(fù)荷區(qū)，則以電機(jī)電流信號(hào)為主，AE信號(hào)為輔進(jìn)行判別。下圖為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的線(xiàn)路框圖。

　　中間一路為電網(wǎng)電壓監(jiān)測(cè)線(xiàn)路，通過(guò)對(duì)電源的波動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，消除由于電網(wǎng)電壓波動(dòng)對(duì)監(jiān)測(cè)的影響，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。圖中虛線(xiàn)部分為自動(dòng)減去首切電流線(xiàn)路，目的是自動(dòng)減去首切電流，以電流的變動(dòng)量為判別量，提高電流信號(hào)監(jiān)測(cè)的靈敏度。