การพัฒนาตรวจจับการแตกหักเศษโลหะโดยใช้สัญญาณแรงตัดและอุณหภูมิ

พัฒนาระบบตรวจจับการแตกหักของเศษโลหะในกระบวนการกลึงขึ้น เนื่องจากตระหนักถึงความจำเป็นในการใช้เครื่องจักรกลอัจฉริยะ เพื่อตรวจจับเศษโลหะแบบต่อเนื่องและแบบแตกหัก โดยไม่ต้องคำนึงถึงเงื่อนไขในการตัด โดยประยุกต์ใช้ค่าความหนาแน่นเพาเวอร์สเปคตรัมของแรงตัดพลวัตร และค่าความแปรปรวนของอุณหภูมิตัดพลวัตร ซึ่งจะถูกตรวจวัดแรงตัดและอุณหภูมิด้วยเครื่องไดนาโมมิเตอร์ และเครื่องวัดอุณหภูมิแบบไม่สัมผัสในระหว่างการตัด ในขั้นตอนการปฏิบัติงานนั้นต้องการให้เกิดเศษโลหะแบบแตกหักเพื่อเสถียรภาพในการตัด โดยในการทดลองเบื้องต้นนั้นพบว่า สัญญาณจากแรงตัดและอุณหภูมินั้นสามารถจำแนกได้เป็นสองรูปแบบ ตามการแตกหักของเศษโลหะทั้งสองชนิด คือโลหะแบบแตกหักและโลหะแบบต่อเนื่องนั่นเอง ระบบที่พัฒนาขึ้นมาใหม่สามารถตรวจจับการเกิดเศษโลหะแบบแตกหักเป็นชิ้นเล็กๆ ได้โดยไม่ต้องคำนึงถึงเงื่อนไขการตัดที่แตกต่างกัน โดยได้เสนอพารามิเตอร์ AX, AY, AZ ซึ่งหาได้จากอัตราส่วนของค่าความหนาแน่นเพาเวอร์สเปคตรัมสะสมของแรงตัดในช่วงความถี่การแตกหักของเศษโลหะ เทียบกันระหว่างสามแกนและพารามิเตอร์ AVT ที่หาได้จากอัตราส่วนของค่าอุณหภูมิตัดสูงสุดต่อความเบี่ยงเบนของอุณหภูมิตัด ระบบนี้ได้รับการตรวจสอบด้วยชุดการทดลองแล้วพบว่าสามารถตรวจจับเศษโลหะแบบแตกหักได้เป็นอย่างมีประสิทธิภาพ โดยไม่ต้องคำนึงถึงสภาวะเงื่อนไขการตัดที่เปลี่ยนแปลงไป นอกจากนี้ตารางรูปร่างเศษโลหะที่ได้จากผลการทดลองสามารถนำมาเป็นแหล่งอ้างอิง เมื่อต้องการเปลี่ยนเงื่อนไขการตัดเพื่อให้ได้เศษโลหะที่แตกออกเป็นชิ้นเล็กๆ

本研究开发了车削加工过程中的金属切屑断裂检测系统。鉴于智能机床的应用需求，该系统可在无需考虑切削工况的前提下，实现连续型与断裂型金属切屑的检测。研究采用动态切削力的功率谱密度（power spectral density, PSD）值与切削温度波动值作为特征参数，切削力与切削温度分别通过切削过程中的测力仪（dynamometer）与非接触式测温仪（non-contact thermometer）进行采集。在实际切削作业中，为保障切削过程的稳定性，通常需要生成断裂型金属切屑；初步实验结果表明，切削力与温度信号可依据两种切屑断裂类型分为两类特征模式，即断裂型切屑与连续型切屑。本研究所开发的新型系统可在无需考虑不同切削工况的前提下，实现细小断裂型切屑的检测，研究提出了AX、AY、AZ与AVT参数：其中AX、AY、AZ通过三个切削轴的切屑断裂特征频率区间内累计功率谱密度的比值计算得到，AVT则通过最高切削温度与切削温度标准差的比值计算获得。经实验数据集验证，该系统可在切削工况动态变化的场景下高效检测断裂型金属切屑；此外，实验所得的金属切屑形貌数据表可作为调整切削工况以获取细小断裂型切屑的参考依据。