[發(fā)明專利]一種數(shù)控加工狀態(tài)自學(xué)習(xí)的刀具磨損監(jiān)控系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010607535.7
• 申請(qǐng)日: 2010-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN102073300A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李斌;劉紅奇;毛新勇;丁玉發(fā);彭芳瑜;毛寬民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué);武漢華中數(shù)控股份有限公司
• 主分類號(hào): G05B19/406
• 分類號(hào): G05B19/406
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 曹葆青

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)控機(jī)床刀具磨損測量領(lǐng)域，為一種嵌入數(shù)控系統(tǒng)的刀具磨損狀態(tài)在線、實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)

多年來，國內(nèi)外學(xué)者在刀具磨損在線監(jiān)測方面作了大量的工作，并在監(jiān)測方法、監(jiān)控參數(shù)的選擇、信號(hào)處理識(shí)別領(lǐng)域取得了顯著成果，有些方法已經(jīng)用于生產(chǎn)。傳統(tǒng)的刀具磨損狀態(tài)監(jiān)測方法是基于刀具體積損失的相關(guān)特征，通過接觸測量或者CCD成像等，直接獲得刀具的磨損值。例如見中國專利申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N200910031737.9，發(fā)明名稱為：基于形狀復(fù)制的數(shù)控銑削加工刀具磨損測量方法，將刀具形狀復(fù)制在復(fù)印材料上，實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具磨損測量。中國專利申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N200910082547.X，發(fā)明名稱為：基于影像的刀具在線檢測與補(bǔ)償系統(tǒng)及方法，利用攝像裝置獲取刀具的影像，通過圖像處理獲知刀具磨損量。中國專利申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N94201963.6，發(fā)明名稱為：數(shù)控機(jī)床刀具磨損機(jī)內(nèi)測量裝置，通過機(jī)械裝置測量刀具磨損值。同時(shí)，通過監(jiān)測與刀具磨損有關(guān)的各種信號(hào)，包括：聲發(fā)射、振動(dòng)、扭矩以及功率信號(hào)，也有相關(guān)的研究應(yīng)用。例如見中國專利申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N92111137.1，發(fā)明名稱為：一種刀具失效綜合監(jiān)控方法與裝置，提出了利用聲發(fā)射與振動(dòng)信號(hào)組合法。中國專利申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N97192053.2，發(fā)明名稱為：刀具狀態(tài)的自動(dòng)監(jiān)測，采用主軸驅(qū)動(dòng)切削轉(zhuǎn)矩監(jiān)測法。中國專利申請(qǐng)?zhí)枮椋篊N98808722.7，發(fā)明名稱為：診斷規(guī)則庫刀具狀態(tài)監(jiān)視系統(tǒng)，監(jiān)視功率特征，索引規(guī)則庫刀具狀態(tài)。基于體積損失特征的方法需要停機(jī)檢測，占用工時(shí)，難以實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)的監(jiān)測。聲發(fā)射、振動(dòng)等方法都存信號(hào)監(jiān)測不方便，傳感器安裝麻煩，影響機(jī)床的正常加工，甚至需要改動(dòng)機(jī)床結(jié)構(gòu)，因此只能在實(shí)驗(yàn)室研究中使用，應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中難度較大。采用監(jiān)測切削轉(zhuǎn)矩以及通過功率特征索引刀具狀態(tài)的方法，都是只能適用于切削參數(shù)固定的精加工條件下。而實(shí)際的大批量生產(chǎn)中，粗加工的切削參數(shù)在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，并不為定值，因而無法使用。上述基于傳感器的監(jiān)測方法，基本上都是采用獨(dú)立的信號(hào)監(jiān)測與處理模塊，沒有充分利用機(jī)床已有的信息，并且由于是獨(dú)立的模塊，沒有嵌入數(shù)控系統(tǒng)中，在操作上需要另外配置獨(dú)立的硬件處理，增加成本、操作不便。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種數(shù)控加工狀態(tài)自學(xué)習(xí)的刀具磨損監(jiān)控系統(tǒng)，該監(jiān)控系統(tǒng)不但能適用于大批量生產(chǎn)中切削參數(shù)波動(dòng)變化的情況，而且對(duì)于切削參數(shù)固定的情況也具有較高的精度。

本發(fā)明提供的一種數(shù)控加工狀態(tài)自學(xué)習(xí)的刀具磨損監(jiān)控系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)獲取與判斷模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、特征提取與選擇模塊、擬合預(yù)測趨勢曲線模塊、刀具磨損規(guī)律模塊、刀具磨損補(bǔ)償及換刀模塊、刀具磨損學(xué)習(xí)模塊和刀具磨損規(guī)律學(xué)習(xí)庫；

刀具磨損規(guī)律學(xué)習(xí)庫用于存儲(chǔ)刀具學(xué)習(xí)磨損規(guī)律；

數(shù)據(jù)獲取與判斷模塊與數(shù)控系統(tǒng)接口輸出模塊相連，接收數(shù)控系統(tǒng)輸出的伺服驅(qū)動(dòng)電流數(shù)字信號(hào)，并在接收到刀具磨損監(jiān)控指令時(shí)將伺服驅(qū)動(dòng)電流數(shù)字信號(hào)提供給數(shù)據(jù)處理模塊；

數(shù)據(jù)處理模塊識(shí)別伺服驅(qū)動(dòng)電流數(shù)字信號(hào)的格式，將電流數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為后續(xù)分析所用的統(tǒng)一的文件格式；保存轉(zhuǎn)換格式后的電流數(shù)字信號(hào)作為監(jiān)控電流信號(hào)，并提供給特征提取與選擇模塊；

特征提取與選擇模塊采用小波包分解技術(shù)對(duì)監(jiān)控電流信號(hào)進(jìn)行分解，獲取各個(gè)頻率段的信號(hào)均值和方差，選擇其中與刀具磨損強(qiáng)相關(guān)的信號(hào)特征，并提供給擬合預(yù)測趨勢曲線模塊；

擬合預(yù)測趨勢曲線模塊通過多項(xiàng)式擬合建立信號(hào)特征與刀具加工壽命關(guān)系曲線，即擬合預(yù)測趨勢曲線，得到趨勢信號(hào)特征，并提供給刀具磨損規(guī)律模塊；

刀具磨損規(guī)律模塊從刀具磨損規(guī)律學(xué)習(xí)庫中獲得刀具學(xué)習(xí)磨損規(guī)律；將趨勢信號(hào)特征帶入刀具學(xué)習(xí)磨損規(guī)律中，得出刀具磨損量，并提供給刀具磨損補(bǔ)償及換刀模塊；

刀具磨損補(bǔ)償及換刀模塊將監(jiān)控獲得的刀具磨損量與設(shè)定的刀具到達(dá)磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的磨損量比較，若刀具磨損量達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的磨損量，則提示機(jī)床更換刀具；若刀具磨損量未達(dá)到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)時(shí)的磨損量，則更改數(shù)控機(jī)床刀具補(bǔ)償量的設(shè)定值，并提供給數(shù)控系統(tǒng)接口輸入模塊。