[發(fā)明專利]一種數(shù)控機(jī)床加工過程斷刀實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)、裝置及方法

有效

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• 申請日: 2020-10-28
• 公開（公告）號: CN112255967B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖亮;張亞龍;劉茹;顧遠(yuǎn)坤
• 申請（專利權(quán)）人: 西安精雕精密機(jī)械工程有限公司
• 主分類號: G05B19/4065
• 分類號: G05B19/4065
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發(fā)明公開了一種數(shù)控機(jī)床加工過程斷刀實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)、裝置及方法，通過將采集光柵尺采集到的累計脈沖數(shù)，差分處理后得到時域數(shù)據(jù)，將時域數(shù)據(jù)傅里葉變換后轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù)，從頻域數(shù)據(jù)中提取出特征頻率的幅值，并將該幅值和基準(zhǔn)閾值對比，判斷是否短刀，以實(shí)現(xiàn)加工過程中實(shí)時、高靈敏度地監(jiān)測刀具的斷刀情況，該方法能夠?qū)崟r監(jiān)測刀具當(dāng)前的健康狀態(tài)，不需要中斷加工過程，不降低生產(chǎn)效率。該判斷方法簡單可靠，判斷準(zhǔn)確度高；不用額外附加傳感器，降低了硬件成本，并且方便與機(jī)床集成。

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明屬于加工機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種數(shù)控機(jī)床加工過程斷刀實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)、裝置及方法。

【背景技術(shù)】

數(shù)控機(jī)床在加工過程，由于走刀路徑不合理、切削力不穩(wěn)定、刀具一致性差、工件材質(zhì)不均勻、刀具老化、應(yīng)力疲勞等原因，極易發(fā)生刀具斷裂，尤其在小直徑刀具由于本身強(qiáng)度低在高速加工中最為常見。此外，斷刀后由于刀具尺寸小、切削用量少、切削液等影響，無法通過人工查看用肉眼觀察、或者通過切削聲音的變化來判斷刀具目前是否處于健康狀態(tài)，將影響后續(xù)加工流程，浪費(fèi)大量加工時間，尤其加工時間較長的半精加工或精加工過程。另外隨著機(jī)床的自動化程度越來越高，數(shù)控加工現(xiàn)場人員越來越少，一個人兼顧多臺機(jī)床，導(dǎo)致精力不足，很難在第一時間發(fā)現(xiàn)刀具斷裂，使得機(jī)床做無用功。

即使能夠發(fā)現(xiàn)斷刀，也不能判斷準(zhǔn)確時間，無法合理安排剩余加工工序。更加重要的是，科學(xué)技術(shù)的不斷攀升使得自動化技術(shù)越來越成熟，自動化加工產(chǎn)線已經(jīng)投入了實(shí)際使用，自動化生產(chǎn)過程中發(fā)生的斷刀一旦出現(xiàn)加工不到位，損失的是整批產(chǎn)品。現(xiàn)有的監(jiān)測過程有以下幾種方案：

(1)加工過程中斷測量

接觸式對刀儀、激光對刀儀或激光斷刀監(jiān)測、工業(yè)相機(jī)圖像識別等技術(shù)在加工之前、加工過程中、加工結(jié)束后刀具不在切削狀態(tài)或者專門空出一段路徑進(jìn)行刀具檢測；該方式為非實(shí)時監(jiān)測，需要刀具加工前后運(yùn)動到指定位置測試刀具有無斷刀，額外增加了時間，無法實(shí)時判斷加工過程中的斷刀，實(shí)時性差，降低了生產(chǎn)效率。

(2)實(shí)時監(jiān)測

通過實(shí)時監(jiān)測加工過程中的某些特征量例如主軸、進(jìn)給軸負(fù)載，測力刀柄等特征量的突變來檢測斷刀，例如國外目前就有使用主軸負(fù)載突變檢測斷刀的方案；通過主軸電流負(fù)載等檢測斷刀的技術(shù)：在小刀具高速半精或精加工時，由于微小切削用量，斷刀前后主軸或變頻器的電機(jī)電流無明顯穩(wěn)定變化，即靈敏度不高，不能有效判斷刀具斷刀現(xiàn)象，該方案適合于刀具直徑較大或者切削用量較大的加工場景。

(3)通過測力刀柄檢測切削力的技術(shù)：在小刀具高速半精或精加工時，由于微小切削用量，切削力的變化非常微小，靈敏度極低，另外測力刀柄本身價格昂貴，使用難度較大，目前還難以做到大規(guī)模配備。

因此現(xiàn)有技術(shù)中缺乏能夠?qū)崟r監(jiān)測刀具斷刀狀況的方法，來處理加工過程中的斷刀問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種數(shù)控機(jī)床加工過程斷刀實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)、裝置及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中缺少實(shí)時監(jiān)測，且靈敏度高的監(jiān)測刀具斷刀方法的技術(shù)問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種數(shù)控機(jī)床加工過程斷刀實(shí)時監(jiān)測方法，包括以下步驟：

步驟1，采集光柵尺的累計脈沖數(shù)；

步驟2，將累計脈沖數(shù)差分處理后轉(zhuǎn)換為時域數(shù)據(jù)，將時域數(shù)據(jù)通過傅里葉變換后轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù)，保存頻域數(shù)據(jù)中特征頻率的幅值；

步驟3，對比保留的幅值與基準(zhǔn)閾值，當(dāng)三次的特征頻率小于閾值時，判斷斷刀。

本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于：

優(yōu)選的，步驟1中，采集的是1秒中的累計脈沖數(shù)。

優(yōu)選的，所述特征頻率為主軸轉(zhuǎn)速和刀具刃數(shù)的乘積對應(yīng)的頻率。