[發明專利]一種數控機床切削刀具磨損狀態實時監測方法

有效

• 申請號: 201810377489.2
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108490880B
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發明（設計）人: 陳國華;向華;周浩;潘成龍;李波;胡勇文
• 申請（專利權）人: 湖北文理學院;襄陽華中科技大學先進制造工程研究院
• 主分類號: G05B19/4065
• 分類號: G05B19/4065
• 代理公司: 42222 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 齊晨涵

本發明公開了一種數控機床切削刀具磨損狀態實時監測方法，其包括如下步驟：實時采集數控機床加工時的傳感器信號，并進行信號預處理；根據加工使用刀具的不同將加工過程劃分為多個工作子區間，分別提取數控機床每一把刀具加工時對應的信號數據；分別計算數控機床每一把刀具加工期間信號的近似熵值；分別將每一把刀具計算的近似熵值與預設的閥值比較，判斷刀具磨損狀態。本發明具有無需測量裝置、無需搭建實驗平臺的優點，且預測速度快、準確率高，同時不需要拆裝刀具，不影響數控機床正常加工，可實現數控機床刀具磨損狀態的實時監測。

技術領域

本發明屬于數控機床刀具磨損測量與監測的技術領域，更具體地，涉及一種數控機床切削刀具磨損狀態實時監測方法。

背景技術

隨著制造業的發展，數控機床的應用更加普遍，隨著加工的進行，數控機床刀具不可避免會發生磨損，隨著刀具磨損的累積，將會影響加工精度、導致廢品的產生。實時監測刀具磨損狀態，能有效提高生產效率和產品合格率并降低生產成本。

目前，刀具磨損測量和監測的方法主要有直接測量法和間接測量法。直接測量法通過射線測量、光學測量等方法直接識別刀具外觀或表面形狀的變化，其結果真實準確，但一般需要復雜的測量設備，并且多數需要機床停機進行離線測量。如公告號為CN201710071615，名稱為“刀具磨損的在位測量方法和裝置”，該專利通過在刀具側部安裝線結構激光器和CCD攝像機，結合計算機圖形學方法，直接獲取刀具的三維尺寸數據并與刀具標準三維模型比較，得出磨損量。

間接測量法通過監測聲發射信號、振動信號、扭矩信號等與刀具磨損相關的信號，間接地實現對刀具磨損的監測，其一般可實現在線實時監測，但存在傳感器安裝麻煩，甚至需要改動機床結構，影響機床動態特性，難以在生產實際中推廣應用。如公告號為CN201010607532，名稱為“一種數控機床刀具磨損監測方法”，該專利通過采集伺服驅動電流信號進行分析處理，實時獲取刀具的磨損特征，與刀具磨損規律進行匹配，實現監測刀具磨損狀態。

因此，針對現有技術的局限性，本領域的技術人員致力于開發一種適合在生產實際中推廣應用的數控機床切削刀具磨損狀態實時監測方法。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種數控機床切削刀具磨損狀態實時監測方法，其通過實時采集數控機床加工時的傳感器信號，分刀具將加工過程劃分為多個工作子區間，分別提取每一把刀具加工時對應的信號數據并計算其近似熵值，然后分別與預設的閥值比較，判斷刀具磨損狀態，實現實時監測切削刀具的磨損狀態。

分別將每一把刀具計算的近似熵值與預設的閥值比較，判斷刀具磨損狀態。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種數控機床切削刀具磨損狀態實時監測方法，其特征在于，包括下列步驟：

(a)實時采集數控機床加工時的傳感器信號，作為刀具磨損狀態監測模型的輸入；

(b)對步驟(a)所述傳感器信號進行預處理，除去噪聲和干擾；

(c)根據加工時使用刀具的不同將加工過程劃分為多個工作子區間W_i，分別提取數控機床每一把刀具加工時對應的信號數據；

(d)分別計算數控機床每把刀具加工時對應信號數據的近似熵值ApEn；

(e)分別將步驟(d)計算得到的每把刀具的近似熵值ApEn與預設的閥值比較，判斷每把刀具的磨損狀態。

作為進一步優選的，步驟(a)所述的傳感器信號為主軸功率或主軸電流信號。

作為進一步優選的，步驟(b)所述預處理為對傳感器信號進行低通濾波，以濾除噪聲，提高信噪比。

作為進一步優選的，步驟(c)所述的劃分工作子區間，是通過監控數控機床換刀過程實現。