[發明專利]數控車床刀具磨損預測性診斷系統及服務器、數控機床

在審

• 申請號: 202210920613.1
• 申請日: 2022-08-02
• 公開（公告）號: CN115179106A
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發明（設計）人: 王云良;喬宏哲;范華峰;王志騁;金亞峰;莊岳輝;王一飛
• 申請（專利權）人: 江蘇大備智能科技有限公司;常州機電職業技術學院
• 主分類號: B23Q17/09
• 分類號: B23Q17/09
• 代理公司: 常州市科誼專利代理事務所 32225
• 代理人: 孫彬

本發明涉及一種數控車床刀具磨損預測性診斷系統及服務器、數控機床，其中本數控車床刀具磨損預測性診斷系統，包括：聲傳感器，用于采集刀具在使用過程中的聲音數據；通訊網關，與聲傳感器電性連接，將聲音數據發送至服務器；所述服務器適于對聲音數據進行特征提取，根據上述特征使用軟間隔SVM分類初期磨損與正常磨損、正常磨損與劇烈磨損，并求得上述兩個分類的最優分類超平面的法向量；在根據刀具當前狀態數據向量及最優分類超平面的法向量獲得刀具當前磨損階段，并形成刀具評估數據。

技術領域

本發明涉及數控車床故障診斷與維護領域，具體涉及一種數控車床刀具磨損預測性診斷系統及服務器、數控機床。

背景技術

數控機床加工過程中，刀具最有可能產生故障，刀具過重的磨損和破損都會使刀具加工達不到預期的技術要求，屬于刀具失靈，導致產品精度不夠甚至報廢。在早期的刀具加工過程中，主要是工人依靠自身的經驗對刀具加工過程的物理量變化來判別刀具磨損狀態，或卸下刀具測量其破損及磨損量，或根據加工產品的數量和刀具實際使用的時間來判斷是否需要換刀。這些僅依靠經驗的方法會導致加工材料的浪費、生產成本的提高，且降低了效率。據相關統計，刀具失效導致停機占機床總停機時間的20％-30％，且設備故障停機的原因有75％以上來源于刀具失效，如果不能及時發現處理可能導致整個機床系統出現故障，造成重大損失。因此，刀具故障預測性診斷與維護對于保證加工系統可靠運行、降低成本和提高生產效率等方面具有十分重要的意義。

刀具磨損過程是一種或多種磨損形式共同作用導致的。一般分為粘附磨損、氧化磨損、疲勞磨損、機械化學磨損等，但具體很難說清楚那種磨損形式起主要作用。刀具的磨損過程分為三個階段，即初期磨損階段，正常磨損階段和急劇磨損階段。圖1顯示刀具后刀面磨損量VB與切削時間的函數關系變化情況。

(1)初期磨損階段一般包括摩擦表面輪廓峰的形狀變化和表面材料加工硬化兩個過程。對于新刃磨的刀具，刀面存在著粗糙度不平、微小裂紋、脫碳或氧化等缺陷，在磨合初期，只有很少的輪廓峰接觸，因此刀具后刀面與工件接觸面上真實應力很大，使接觸面輪廓峰壓碎和塑性變形，以至于后刀面磨損的特別快。通常情況下初期磨損量為0.05-0.1mm，值的大小直接表征著刀具刃磨的質量。

(2)正常磨損階段經第一個階段磨損后，刀具凹凸表面已經磨掉，刀具與工件接觸面積增大，壓應力減小，刀具進入正常磨損階段。此時刀具后刀面磨損速度降低，刀具的磨損量較穩定，VB與切削時間成近似的正比線性關系。該磨損階段是刀具最為理想的加工階段，代表著刀具有效使用壽命，工件加工盡量在這個階段進行，實際希望這個階段的加工時間越長越好。

(3)劇烈磨損階段隨著加工時間的推移，刀具劇烈磨損，當磨損帶寬度VB達到一定值后，工件加工表面粗糙度變大，溫度和切削力迅速升高，加工產品質量降低，刀具磨損非常嚴重，如繼續切削加工，刀具將無法保證工件加工質量，且極容易發生切削刃破損而失去切削能力，重新磨刃時去除的材料更多，時間更長，增加了成本。實際生產中盡量在這個階段到來之前完成產品加工或停機換刀，以避免上述問題的發生。

發明內容

本發明的目的是提供一種數控車床刀具磨損預測性診斷系統及服務器、數控機床，以克服在早期的刀具加工過程中，主要是工人依靠自身的經驗對刀具加工過程的物理量變化來判別刀具磨損狀態，這些僅依靠經驗的方法會存在加工材料的浪費、生產成本提高，生產效率低的技術問題。

基于上述技術問題，本發明提供了一種數控車床刀具磨損預測性診斷系統，包括：

聲傳感器，用于采集刀具在使用過程中的聲音數據；

通訊網關，與聲傳感器電性連接，將聲音數據發送至服務器；

所述服務器適于對聲音數據進行特征提取，根據上述特征使用軟間隔SVM分類初期磨損與正常磨損、正常磨損與劇烈磨損，并求得上述兩個分類的最優分類超平面的法向量；在根據刀具當前狀態數據向量及最優分類超平面的法向量獲得刀具當前磨損階段，并形成刀具評估數據。