智能刀具监控系统在电主轴保护中的应用
参考文献：马玮. 刀具监控在数控机床及加工中的应用,航空精密制造技术,2019
高速电主轴是数控机床核心部件，据统计电主轴损坏的原因中66%是轴承损坏，而造成轴承损坏的主要原因是加工过程中刀具出现了异常状态，如刀具破损、磨损。
为了防止刀具异常造成的轴承损坏，现代数控机床常采用主轴温度和主轴功率超过阈值时报警停机的方式，该方式在一定程度上保护了轴承。但是实际情况上，由于考虑了被加工结构件特性和工艺的差异，报警阈值往往设置的比较大，当刀具出现磨损破损非常严重的情况时，刀具处于在没有切削刃的状态下切削，高速旋转下的轴承由于受到刀具非常大的挤压力，轴承温度会迅速升高，由于主轴的功率和轴承温度还没有达到极限值时，继续升高的温度对主轴的轴承产生非常大的损伤，直接影响主轴轴承的使用寿命。
在没有安装智能刀具监控系统的机床中，切削异常情况下电主轴温度和力矩变化如下图存在：
当t 温度＜t 堵转时，主轴温度报警将首先触发。
当t 温度＞t 堵转时，主轴堵转报警将首先触发。
当温度超过t温度或者t 堵转时，持续时间超过 1s，主轴温度将在极短时间内迅速升高，导致轴承使用寿命降低，严重时损坏轴承。
如何在刀具异常后，在轴承温度上升到会对主轴的轴承造成大的损伤之前，及时报警停机，这就是智能刀具监控系统要完成的功能。
在安装了智能刀具监控系统的数控机床中，智能刀具监控系统对主轴的功率进行实时的监控，通过加工2-3件零件，系统智能生成刀具破损/磨损曲线，当刀具出现磨损时，通过刀具监控系统的的反馈信号控制机床报警并停止加工，保证主轴的安全。智能学习后得到的刀具破损/磨损曲线的上限值小于引起主轴轴承损坏的功率值，当刀具磨损或破损时，切削功率突变，迅速升高，当短时间内达到所设置的功率阀值时，机床报警并停机。因此，通过使用智能刀具监控系统对主轴的功率进行实时监控，能有效降低主轴轴承的损坏。
同时为了避免切削余量不均匀、机床性能及被加工结构件的加工特性差异等原因造成误停机，智能刀具监控系统可提供灵活设置功率阀值的功能。
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