金屬切削刀具的磨損與磨損狀態直接影響著機械加工的精度、效率及經濟效益，因此刀具磨損狀態的監控越來越引起人們的重視。刀具磨損的在線監測是柔性制造系統研究工程的一個重要課題。近年來國內外在這方面的研究進展很快，發布的就有數10種方法，然而能適用于生產的還很少。有的方法雖可用于實際生產，但卻因其對工況提出的非常苛刻的要求和限制，難以推廣應用。由于切削力能直接反映加工過程中的動態行為，因而用切削力信號能間接監測刀具工作狀態和磨損量，引起人們的關注。但是已有的用切削力信號監測刀具磨損的諸多方法(如均值監測法、方差監測法、AR模具監測法等)又因未弄清切削力信號與刀具磨損的內在聯系及其變化規律，均有一定的片面性和不可靠性。鑒于此，本文從理論分析和實驗提出一種刀具磨損監測方法—頻段均方值法。

2切削力與刀具磨損的相關分析

1）切削力的波動特性

金屬切削過程中，工藝系統始終存在著或大或小振動。刀具相對于工件的振動，直接導致切削力隨之發生波動。由于振動的存在，非但切削面積要發生周期變化，而且刀具實際工作角度也要產生周期波動。一旦切削力發生了波動，將反作用于工藝系統，使系統振動得以抑制或加強。可以說明，切削力的波動周期與系統振動周期是相同的。

2)刀具磨損對切削力的影響

a.刀具磨損對靜態切削力的影響

刀具后刀面發生磨損以后改變了刀具與工件之間的接觸方式，由理論上的線接觸變為面接觸。這樣就使得刀具后刀面與工件的摩擦力加大，吃刀抗力增大，反映在三向切削力方向上便是三向切削力均增大。并且隨著刀具磨損量的不斷增大，摩擦將繼續加劇，因而三向切削力亦將不斷增大。這就是說，靜態切削力具有正比于刀具后刀面磨損量的特性。

b.附加動態切削力的產生機理

前面的討論說明：實際的金屬切削過程總是一個動態的過程，切削力總是要發生一定范圍的波動。在不考慮刀具磨損的情況下，這個波動范圍是很大的，但是如果刀具后刀面存在磨損(實際刀具總是存在磨損的)，這個波動范圍將產生明顯的變化。因為此刀具理論工作后角變成0°，那么，角度周期變化的性質必然導致刀具周期進入負后角工作狀態，因而便產生一個交變力。由于這個交變力是刀具發生了磨損產生的，這里稱這個交變力為附加動態切削力，下稱附動力。

附動力的變化與刀具工作角度的變化范圍有關，也與刀具后刀面磨損量有關。刀具處于負后角工作狀態時，刀具后刀面要部分地擠入工件，與工件產生干涉，使工件產生彈、塑性變形，很顯然，擠入工件的刀具部分體積越大，則所需的擠入力越大，附動力的幅值就越大；反之干涉面積越小，則產生的附動力的幅值越小。

附動力的產生增加了動態切削力的構成，并且由上述分析可知，附動力有著與刀具磨損相同的變化趨勢，因而隨著刀具后刀面磨損的增大，動態切削力將呈現增大趨勢。

綜上所述，隨著刀具磨損量的增大，靜態切削力與動態切削力將同時不同程度地增大。

3)刀具磨損對切削狀態的影響性

附動力是一個周期變化的交變力，這個交變力反作用于工藝系統，對系統的振動產生一定的影響，從而對切削狀態也產生一定的作用。

一般地講，附動力的變化曲線是一條復雜的連續變化曲線，定量描述是很困難的。為了進一步討論附動力的作用和影響，這里假設附動力變化在一個周期內是分段線性的。并假定附動力的幅值Pk=kVB(1)

式中k——比例常數；

VB——刀具后刀面磨量。

可推得附動力的變化規律為

式中ls——工藝系統振動在工件上的振紋波長；

x——切削長度。

在這種情況下，附動力P在一個周期內對系統所做的功

式中Δx——系統振動振幅。由式(3)可以看出：AP是VB的連續函數，故在區間(0，ls)內至少存在一點VBm，使得

這就是說AP在區間(0，ls)內必存在至少一個極小值，事實上只存在一個極小值，這個極小值點為VB=VBm，在(0，VBm)內AP單減，而在區間(VBm，ls)AP單增。用優化方法在區間(0，ls)可求出VBm≈0.569ls(5)

由式(3)可以看出，附動力在一般情況下總是對系統做負功，對系統振動起阻尼作用。但是在刀具磨損量VB變化的不同區間，這種阻尼作用有著不同的變化趨勢。