[發(fā)明專利]一種基于能量的刀具壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410186665.6
• 申請(qǐng)日: 2014-05-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104002195A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-08-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡小鋒;閆杉;楊紅光;王財(cái)先
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號(hào): B23Q17/09
• 分類號(hào): B23Q17/09
• 代理公司: 上海漢聲知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國(guó)中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及機(jī)械加工的刀具領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于能量的刀具壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著制造業(yè)數(shù)控制造技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的運(yùn)用更加普遍，自動(dòng)化生產(chǎn)得到進(jìn)一步發(fā)展，刀具作為制造系統(tǒng)中重要環(huán)節(jié)之一，也是壽命最為薄弱的環(huán)節(jié)，其壽命的預(yù)測(cè)在現(xiàn)代化生產(chǎn)過(guò)程中顯得越來(lái)越重要。借助計(jì)算機(jī)輔助刀具管理，對(duì)刀具的合理配置、有效使用、生產(chǎn)效率的提高及成本的降低都非常重要。刀具壽命的預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性影響到生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本和加工質(zhì)量。利用刀具的能量消耗來(lái)進(jìn)行刀具壽命的預(yù)測(cè)，是合理使用刀具的一種有效方法。

經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，聶建林在其碩士學(xué)位論文(重慶大學(xué)，2006-4)上發(fā)表的“數(shù)控刀具壽命智能化管理系統(tǒng)的研究”，該文建立了刀具壽命預(yù)測(cè)和切削參數(shù)優(yōu)化的模型，利用BP網(wǎng)絡(luò)，將影響刀具壽命的因素(如：銑削方式，工件材料的硬度，刀具材料，加工精度，刀具直徑，刀齒前角、主偏角，刀齒數(shù)，銑削深度，銑削寬度，每齒進(jìn)給量，切削速度)建立預(yù)測(cè)刀具壽命的模型。該文涉及的技術(shù)主要存在以下缺陷和不足：(1)該模型建立時(shí)需要大量樣本數(shù)據(jù)，這在實(shí)際工程中有時(shí)很難實(shí)現(xiàn)；(2)該模型涉及的影響因素過(guò)多，切削條件變化時(shí)，預(yù)測(cè)結(jié)果有時(shí)幾乎不能使用；(3)切削加工過(guò)程中，部分影響因素會(huì)發(fā)生變化，難以實(shí)時(shí)測(cè)量并建立模型；(4)切削條件變化時(shí)，刀具壽命必然發(fā)生變化，采用加工零件的數(shù)量，加工時(shí)間，加工工件的長(zhǎng)度等方法衡量壽命，在不同條件下難以歸一化處理。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種基于能量的刀具壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)刀具切削過(guò)程中電流、電壓信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，得到刀具切削過(guò)程中功率的實(shí)時(shí)變化，進(jìn)而得到刀具消耗的能量，從而預(yù)測(cè)刀具的剩余壽命。

為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種基于能量的刀具壽命預(yù)測(cè)系統(tǒng)，包括電流電壓測(cè)量系統(tǒng)，刀具管理系統(tǒng)，刀具數(shù)據(jù)庫(kù)，二維碼打印系統(tǒng)和二維碼掃描設(shè)備；

電流電壓測(cè)量系統(tǒng)在線測(cè)量機(jī)床空載時(shí)的電流、電壓信號(hào)并將監(jiān)測(cè)到的信號(hào)傳遞給刀具管理系統(tǒng)；

刀具管理系統(tǒng)對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波、A/D轉(zhuǎn)換后通過(guò)功率P＝電流I×電壓V得到機(jī)床空載功率；

刀具數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)機(jī)床編號(hào)和機(jī)床空載功率，并將工廠的刀具按照順序依次編寫(xiě)序列號(hào)并將刀具序列號(hào)及刀具型號(hào)存入刀具數(shù)據(jù)庫(kù)；

刀具管理系統(tǒng)查詢刀具數(shù)據(jù)庫(kù)并將刀具序列號(hào)傳給二維碼打印系統(tǒng)；

二維碼打印系統(tǒng)生成二維碼并由打印設(shè)備在刀具上打印二維碼；

二維碼掃描設(shè)備安裝在數(shù)控加工的機(jī)床上負(fù)責(zé)掃描刀具上二維碼信息并傳給刀具管理系統(tǒng)；

刀具管理系統(tǒng)識(shí)別二維碼信息并轉(zhuǎn)化為刀具序列號(hào)并結(jié)合刀具所在機(jī)床編號(hào)查詢刀具數(shù)據(jù)庫(kù)中的刀具信息及機(jī)床空載功率，顯示在顯示屏上；

電流電壓測(cè)量系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)刀具加工時(shí)的電流、電壓信號(hào)并傳遞給刀具管理系統(tǒng)，刀具管理系統(tǒng)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波、A/D轉(zhuǎn)換后通過(guò)功率P＝電流I×電壓V得到機(jī)床實(shí)際功率，再將監(jiān)測(cè)得到的機(jī)床實(shí)際功率減去機(jī)床空載功率進(jìn)行積分∫(P-P_空載)dt得出刀具加工消耗的能量；

刀具管理系統(tǒng)將查詢刀具數(shù)據(jù)庫(kù)得到的刀具剩余壽命能量減去刀具加工消耗的能量得到新的刀具剩余壽命能量并將刀具剩余壽命能量顯示在顯示屏上提醒操作人員注意，在加工結(jié)束后將監(jiān)測(cè)得到的電流、電壓信號(hào)及刀具剩余壽命能量傳給刀具數(shù)據(jù)庫(kù)；

刀具數(shù)據(jù)庫(kù)儲(chǔ)存并更新機(jī)床空載功率、電壓、電流信息、現(xiàn)已消耗的能量信息、以往數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)得出的刀具壽命內(nèi)消耗總能量數(shù)據(jù)、刀具剩余壽命能量數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，所述的電流電壓測(cè)量系統(tǒng)包括：智能電表以及電流電壓測(cè)量系統(tǒng)RS485串行接口，其中：智能電表在線測(cè)量電流、電壓信號(hào)；電流電壓測(cè)量系統(tǒng)RS485串行接口與刀具管理系統(tǒng)相連接并傳輸電流、電壓信號(hào)。