随着自动化和智能化加工制造技术的发展,对数控机床及加工中心等设备的刀具状态进行实时监控提出了迫切的要求。由于在无人化、自动化的加工环境里,刀具的过度磨损和破损对工件的质量影响很大,甚至会损坏机床,因此,建立一套可靠性高的、实时性强的刀具工作状态监控系统十分必要。在数控加工过程中,有效的监控刀具的损坏对保证产品质量和数控机床安全具有至关重要的作用。刀具工作状态的监控是设备管理功能的一个重要的组成部分,虽然刀具在出厂是生产商会提供刀具的一些参数,如最大加工时间,最大加工次数等,但这些只属于刀具寿命管理的范畴,对加工过程中出现的突发状况并不能进行判断和有效地控制。刀具在零件加工过程中如果发生非正常损坏即破损,如果不能及时发现,会导致被加工零件的损坏和报废,甚至会对机床造成一定程度的破坏;如果刀具的信息没有得很好的管理,导致刀具的使用很混乱,这样就会减少刀具的使用寿命,降低加工效率,增加生产成本。因此,建立一套有效的刀具工作状态的监控方法和完善的管理方法尤为重要。对刀具工作状态监控的研究涉及到以下几个问题:一是采集什么样的信号作为表征刀具状态的信号,其与刀具的工作状态有何内在的关系;二是如何采集选定的信号,并如何排除其他干扰信号以提取有效信号;三是怎样对信号做出正确的界定,并在发现问题时能否及时的做出反应。刀具磨损时发出的声发射信号幅度和频率的大小与刀具磨损的程度有关,而传感器采集到的原始信号中混杂了加工现场的各种干扰信号,要提高信号的有效性,就必须把这些干扰信号加以去除。鉴于此,可以通过小波技术予以处理。小波变换比傅立叶变换优越之处在于非稳定信号的处理上。较之于傅氏变换,小波变换具有局部化特征,它可以聚焦到目标信号的任意细节,非常适合于对刀具磨损和破损信号的分析。针对以上问题,经过对比分析刀具工作时的几种典型信号,选取刀具工作时产生的声发射(AE:Acoustic Emission)信号作为监控信号,系统的研究了其与刀具的磨损和破损存在的内在关系;把小波降噪技术应用到采集信号的处理中来,大大降低了干扰信号的影响,提高了可靠性。本文以TI公司的数据采集能力强、实时性能高的TMS320F2812系列DSP(Digital Signal Processing)芯片为核心搭建了下位机数据采集的硬件系统平台,并使用功能强大的集成开发软件CCS(Code Composer Studio)进行主程序的编写、编译和调试。本文专门为其开发了外围电路,编写了数据采集主程序、AD转换程序、数字滤波程序以及反馈控制程序;采用串口技术和USB转串口技术两种方式同上位机通讯,使数据的传输方式更加多样。使用NI公司提供的虚拟仪器开发软件Lab VIEW进行系统界面的开发,实现了基于虚拟仪器的上位机数据传输及图形显示,运用软件自带的FFT模块、小波分析模块来处理采集到的信号,简化了数据处理分析的复杂性,降低了编程的难度,提高了效率。利用LAB View软件开发出了系统的主界面,该界面操作简单友好,各操作按钮简便明了,还具有身份识别、报警指示、参数自选以及刀具信息数据库等功能。从而建立了一套基于DSP的数控机床刀具破损状态的监控系统。通过对此系统进行调试、仿真,并在数控机床现场工况下进行实验测试,结果表明,该系统能够准确可靠的判断刀具的磨损及破损状态。