[發明專利]基于工業機器人銑削過程的刀具狀態智能監控方法

在審

• 申請號: 201711136946.0
• 申請日: 2017-11-16
• 公開（公告）號: CN107838747A
• 公開（公告）日: 2018-03-27
• 發明（設計）人: 國凱;張一然;孫杰;李衛東;孫超;宋戈
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 陳桂玲

技術領域

本發明涉及一種用于對工業機器人銑削過程中刀具狀態進行監控的方法，屬于過程監控技術領域。

背景技術

工業機器人是集精密化、柔性化、智能化等先進技術于一體的裝置，在制造技術不斷發展的今天，其廣泛應用已成為一種趨勢。工業機器人憑借較高的靈活性與較強的適應性備受青睞，逐漸替代傳統機床進行零件的機械加工，如銑削等。工業機器人具有較大的工作范圍與較低的加工成本，在進行大型零件的加工時，與傳統機床相比其優勢更加明顯。

在銑削過程中，電主軸作為末端執行器，由工業機器人帶動按照預定編程軌跡進行進給運動；銑刀安裝于電主軸，由電主軸帶動進行旋轉運動實現切削。在進行工件內外形側壁銑削的過程中，需要時刻保證刀具軸線與工作臺垂直，即實現銑刀側刃與工件側壁保持線接觸狀態；如果刀具軸線與工作臺未垂直，即刀具側刃與側壁邊緣或刀尖圓角與側壁產生點接觸，則會導致工件損傷報廢、刀具崩刃，甚至造成設備損壞。

因此根據銑削過程的特點，針對銑刀與側壁不同的接觸狀態，研究一種刀具狀態智能監控與識別方法，亟待解決。

發明內容

本發明針對工業機器人銑削過程中所存在的刀具易損傷工件、工藝穩定性差、加工過程可靠性低等問題，提供一種可以實現刀具狀態智能監控的基于工業機器人銑削過程的刀具狀態智能監控方法。

本發明的基于工業機器人銑削過程的刀具狀態智能監控方法，是：

在工業機器人進行銑削加工過程中，將激振器安裝在待加工工件上，將振動傳感器安裝在電主軸側壁，利用激振器帶動工件產生恒定振動，銑刀與工件產生接觸，振動通過銑刀傳遞給電主軸，安裝在電主軸側壁的振動傳感器實時采集振動信號，刀具與待加工工件表面在不同的接觸方式(線接觸與點接觸)下，所采集到的振動信號不同，利用該區別特征，實現加工過程中刀具狀態的智能監控。

本發明在利用工業機器人進行工件側壁銑削過程中，可以實現刀具狀態的智能監控，綜合提升工藝過程的穩定性與可靠性，推動工業機器人在普通機加領域中的應用與發展。

附圖說明

圖1是本發明刀具狀態智能監控方法的過程原理示意圖。

圖2是具有較多外壁與內壁的典型工件結構示意圖。

圖3是銑削過程中刀具與工件側壁三種不同的接觸方式示意圖。(a)是正常切削過程中銑刀與工件側壁的接觸狀態；(b)是銑刀側刃與工件側壁邊緣呈點接觸；(c)是銑刀刀尖圓角與工件側壁呈點接觸狀態。

其中：1.電主軸，2.振動傳感器，3.工作臺，4.銑刀，5.工件，6.激振器，7.內壁，8.外壁。

具體實施方式

本發明的基于工業機器人銑削過程的刀具狀態智能監控方法，用于實時監控銑削過程中刀具狀態，將顯著提升工藝過程的穩定性與可靠性。

如圖1所示，本發明采用激振器6和振動傳感器2。在工業機器人進行銑削加工過程中，可以根據實際情況，將激振器6安裝于待加工的工件5上的合適位置，保證安裝可靠且不會與刀具、夾具等其他部件產生干涉；將振動傳感器2安裝于電主軸1的側壁，保證安裝可靠且不會在加工過程中發生意外脫落。

在銑削過程中，將工件5固定于工作臺3之上(夾具部分在圖1中未畫出)，激振器6固定在工件5之上，激振器6將帶動工件5產生振動。工件5為如圖2所示的具有較多內壁7與外壁8結構的典型工件。加工過程需要時刻保證銑刀4的軸線與工作臺3的垂直關系，即刀具側刃與工件側壁保持線接觸狀態。

電主軸1作為末端執行器由工業機器人帶動按照預定的編程軌跡實現進給運動，電主軸1帶動銑刀4做旋轉運動，實現切削。銑刀4與工件5接觸，振動會通過銑刀4傳遞給電主軸1，振動傳感器2接收振動信號并傳遞給相應的信號采集裝置。

圖3給出了刀具與工件5側壁三種不同的接觸方式：(a)是正常切削過程中銑刀4與工件5側壁的接觸狀態，側刃與側壁平面呈線接觸，側壁可實現均勻切削；(b)為銑刀4側刃與工件5側壁邊緣呈點接觸，該情況下定義偏角α的取值范圍(以垂直于工作臺3所在直線為參考)是(c)為銑刀4刀尖圓角與工件5側壁呈點接觸狀態，該情況下定義偏角β的取值范圍(以垂直于工作臺所在直線為參考)是

銑刀4與工件5側壁在不同接觸狀態下，振動傳感器2所接收到的振動信號的特征不同，根據該不同特征，可以實現刀具狀態實時智能監控與識別。