(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211120258.6 (22)申请日 2022.09.15 (71)申请人 沈阳航远航空技 术有限公司 地址 110135 辽宁省沈阳市沈北新区沈北 路76-2号 (72)发明人 孔宪俊　王明海　郑耀辉　侯宁　 纪俐　刘红军　王学智　李正强　 王启家　 (74)专利代理 机构 沈阳东大知识产权代理有限 公司 21109 专利代理师 李在川 (51)Int.Cl. B23Q 17/09(2006.01) G01D 21/02(2006.01) H05B 1/02(2006.01) (54)发明名称 在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切 削系统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种在线监测与调整刀具磨 损的电加热辅助切削系统及方法。 包括工件、 绝 缘体、 卡盘、 刀具、 绝缘层、 电流互感器、 电流表、 电压表、 降压变压器、 自耦变压器、 电源、 电刷、 工 控机、 AE声发射传感器， 前置放大器， 高通滤波 器， 低通滤波器和主放大器。 AE声发射传感器对 电加热切削过程所产生的特定频率的信号进行 实时监测， 此信号经过前置放大器、 高通滤波器、 低通滤波器和主放大器处理后 传送至工控机， 将 采集的信号通过小波变换进行实时分析处理， 进 而通过调整电流和切削参数对刀具磨损进行实 时补偿， 保证加工精度。 本发明解决了刀具磨损 以及破损实时监测的问题， 并且及时调整加热电 流， 使电加热辅助切削这一技术发挥 最大的经济 效益。 权利要求书1页 说明书4页 附图1页 CN 115383515 A 2022.11.25 CN 115383515 A 1.一种在线监测与调 整刀具磨损的电加热辅助切削系统， 其特征在于： 包括工件、 绝缘 体、 卡盘、 刀具、 绝缘层、 电流互感器、 电流表、 电压表、 降压变压器、 自耦变压器、 电源、 电刷、 工控机、 AE声发射传感器， 前置放大器， 高通滤波器， 低通滤波器和主放大器。 2.根据权利要求1所述的在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统， 其特征在 于： 所述AE声发射传感器对电加热切削过程所产生的特定频率的信号进行实时监测， 此信 号经过所述前置放大器、 高通滤波器、 低通滤波器和主放大器处理后传送至工控机， 将采集 的信号通过小波变换进行实时分析 处理， 进而通过调整电流和切削参数对刀具磨损进 行实 时补偿， 保证加工精度。 3.根据权利要求1所述的在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统， 其特征在 于： 所述工件与卡盘之间设置绝缘体， 将工件绝缘之后安装在卡盘上， 拧紧卡盘； 将所述刀 具经过绝缘材料绝缘后安装到机床刀架上； 直流电源通过所述自耦变压器输出， 正极通过 所述电刷接在车床主轴上， 负极接在所述刀具后端面。 4.根据权利要求1所述的在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统， 其特征在 于： 将所述AE声发射传感器安装在刀柄的上表面， 安装时使其紧贴刀柄； 将所述电流表、 电 流互感器、 电压表和降压变压器串 联进入系统， 所述刀具与工件表面轻轻接触上， 构成闭合 回路。 5.一种在线监测与调整刀具磨损的电加热辅助切削方法， 采用权利要求1所述的一种 在线检测与调整刀具磨损的电加热辅助切确系统来实现， 该方法包括以下步骤， 其特征在 于： (1)将所述工件经 过绝缘后安装在所述 卡盘上， 并拧紧卡盘； (2)将所述刀具经过所述绝缘层包裹后一起安装到机床刀架上， 调整好适合切削的刀 具角度； (3)直流电源通过自耦变压器输出， 正极通过所述电刷接在车床主轴上， 负极接在所述 刀具后端面； (4)将所述AE声发射传感器安装在刀 柄的上表面， 安装时使AE声发射传感器紧贴刀 柄， 以便于更好的接收信号； (5)通过数值计算法选择加工工艺参数， 得到加热电流、 预热时间、 切削速度、 进给量等 加工工艺参数； (6)将所述电流表、 电压表和降压变压器串联进入系统， 所述刀具与工件表面轻轻接触 上， 构成闭合回路； (7)根据步骤(5)调整好加热电流、 转速、 进给量等加工参数， 打开电源开关， 预热适宜 时间后， 启动机床开始切削， 通过AE声发射传感器对电加热切削过程选定频率的信号进行 实时在线监测， 声发射信号经过所述前置放大器、 带通滤波器和主放大器， 最后通过系统进 行采集； (8)通过小波变换对于采集的信号进行实时分析处理， 通过所述工控机调节电源， 及时 调整电流对刀具磨损进行实时补偿， 保证加工精度的情况 下实现效率的最大化； (9)加工完成后， 关闭电源和机床。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115383515 A 2在线监测与调整刀具 磨损的电加热辅助切削系统及方 法 技术领域 [0001]本发明涉及机械加工技术领域， 特别涉及 一种在线监测与调整刀具磨损的电加热 辅助切削系统及方法。 背景技术 [0002]导电加热切 削技术是在工件和刀具之间通以低电压大电流， 在切削过程中， 依靠 工件与刀具之间产生接触电阻， 迅速产生大量焦耳热， 高温降低变形材料的强度、 硬度， 因 此， 电加热辅助切削技术可以降低切削力或扭矩， 保证加工质量的同时， 减轻材料对刀具的 磨损， 提高刀具寿命。 [0003]国外学者对高温合金、 淬硬钢等难加工金属材料进行了导电加热切削的试验研 究， 证明了电加热切削的优点， 可以在提高加工效率的同时降低刀具磨损。 但在电加热切削 过程中需要较长时间通大电流来加热到适宜切削温度， 此时的高温给切削刀具带来了一定 程度的热损伤， 加剧了刀具的粘结磨损， 降低了刀具的使用寿命。 同时对于零件的加工质量 有着较大的影响， 切削难加工材料时刀具磨损非常严重， 为保证加工精度， 不得不频繁更换 刀具， 这就会大大增加制造成本， 而且， 为了保证较高的加工质量需要 频繁的取下刀具进 行 刀具磨损值的测量， 大 大的降低了加工效率， 同时也带来刀具二次装卡时定位的问题。 [0004]因此， 需要找到一种能够实时在线监测技术来解决刀具磨损值测量问题， 这样能 够使导电加热切削这 一技术发挥最大的经济效益。 发明内容 [0005]为了解决现有技术存在的问题， 本发明提供了一种在线监测与调整刀具磨损的电 加热辅助切削系统及方法， 解决刀具磨损以及破损实时监测的问题， 并且及时调整加热电 流， 使电加热辅助切削这 一技术发挥最大的经济效益。 [0006]为了实现上述目的， 本发明的技 术方案是： [0007]一种在线监测 与调整刀具磨损的电加热辅助切削系统， 包括： 工件、 绝缘体、 卡盘、 刀具、 绝缘层、 电流互感器、 电流表、 电压表、 降压变压器、 自耦变压器、 电源、 电刷、 工控机、 AE声发射传感器， 前置放大器， 高通滤波器， 低通滤波器和主放大器。 [0008]所述AE声发射传感器对电加热切削过程所产生的特定频率的信号进行实时监测， 此信号经过所述前置放大器、 高通滤波器、 低通滤波器和主放大器处理后传送至工控机， 将 采集的信号通过小波变换进行实时分析处理， 进而通过调整电流和切削参数对刀具磨损进 行实时补偿， 保证加工精度。 [0009]所述工件与卡盘之间设置绝缘体， 将工件绝缘之后安装在卡盘上， 拧紧卡盘， 使工 件保持固定不动； 将所述刀具经过绝缘材料绝缘后安装到机床刀架上； 直流电源通过所述 自耦变压器输出， 正极通过 所述电刷接在车床主轴上， 负极接在所述刀具后端面。 [0010]将所述AE声发射传感器安装在刀柄的上表面， 安装时使其紧贴刀柄； 将所述电流 表、 电流互感器、 电压表和降压变压器串联进入系统， 所述刀具与工件表面轻轻接触上， 构说　明　书 1/4 页 3 CN 115383515 A 3