国产三维力传感器FC3D120应用于立铣刀小切深磨损量监测研究

在半精铣削、精铣削加工过程中，有关刀具磨损监测的研究，为更换刀具提供指导和参考。浙江大学某硕士研究生毕业设计，选用振动、电流和力传感器，在铣削实验平台上同时采集三种不同类型的信号，并对其进行预处理和提取特征，建立一种高准确度的立铣刀小切深磨损量监测模型，从而为适时更换刀具提供理论参考数据。

其主要试验过程如下：（1）在加工中心搭建实验平台，进行小切深铣削试验。采集铣削过程中的切削力、振动和电流信号。（2）在 Matlab 平台上对各传感器的信号的时域、频域和时频域特性进行提取，并对其随铣刀磨损程度的增大进行分析。（3）根据现有条件建立两种神经网络监测模型，并测试两种模型的预测磨损量的效果，对比哪种模型的监测效果更好；（4）基于所选择的铣刀磨损量监测模型，建立铣刀磨损量监测流程。

其中，切削力信号采集使用三维力传感器，三维力传感器与工件通过螺栓连接， 然后三维力传感器通过螺栓固定在底座上面，底座由夹持装置固定在数控加工中心的工作台上。实验过程的三向切削力信号采用上海耐创测试技术有限公司生产的三维力传感器（型号：FC3D120-200N）测试套件进行采集。三向力传感器紧贴工件下方，与工件通过螺栓相连接。三维力传感器可以同时采集 X、Y、Z 三个方向的受力信号。传感器引出线连接到配套的三通道信号放大器（型号：FC-CS81/3C），将微弱的原始毫伏信号放大到 0～5V 标准电压，通过校准，将此电压输入到数据采集器中经比例换算得到力值输出。

铣刀插入刀柄底端的筒夹，旋紧筒夹，然后铣刀便一直固定在刀柄底端，两者相对位置不变，除非该铣刀已经达到磨损极需要换刀。把刀柄安装在主轴上，接着就可以一遍一遍运行铣削程序了。 工件用 4 个 M6 螺栓连接在三轴力传感器上方，传感器固定在底座上，底座用 4 个组合压板具固定在机床工作台上。三维力传感器由信号线与外部的数据采集装置相连，数据采集装置接入电脑，由数据采集器相配套的处理软件将各种信号存储和显示，以供进一步的分析和处理。

获得各个传感器信号后，并从中提取若干特征，因为各传感器信号的各特征与铣刀磨损量是具有不同相关程度的，所以要比较和筛选特征，为铣刀磨损监测建模奠定基础。铣刀磨损实验中采集到的信号以及所提取的信号特征与铣刀磨损量之间有不同程度的相关性，分析并筛选出与磨损量相关性强的融合特征向量。从所选的特征中可以发现，在铣刀小切深铣削条件下，切削力信号与铣刀磨损量的相关性较小。采集的三向切削力信号，在较大和中等切削深度的情况下，切削力信号对预测磨损量有较大贡献。

切削力信号是切削过程中与铣刀磨损量直接有效、波形明显、受干扰小的信号，可反应出铣刀在切削过程中的静态特性与动态特性。三维力传感器对相关力值数据的收集为实验人对刀具磨损监测与判断提供了强有力的支撑。以上毕业设计项目再次表明上海耐创测试技术有限公司生产的多做型号力传感器与力学测试设备，可以为国内许多工科高校及科研院所提供高品质的测力传感器与采集设备，为其开展各种基础实验和科研试验提供产品与技术支持。