CN104002195A - 一种基于能量的刀具寿命预测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于能量的刀具寿命预测系统,该系统包括电流电压测量系统,刀具管理系统,刀具数据库,二维码打印系统和二维码扫描设备,通过电流、电压的实时监控,经过滤波和A/D转换后,得到机床实际功率,再将监测得到的机床实际功率减去机床空载功率进行积分得出刀具加工消耗的能量,刀具管理系统将查询刀具数据库得到的刀具剩余寿命能量减去刀具加工消耗的能量得到新的刀具剩余寿命能量,并显示在显示屏上。本发明通过对刀具切削过程中电流、电压信号的实时监测,得到刀具切削过程中功率的实时变化,进而得到刀具消耗的能量,从而预测刀具的剩余寿命。本发明提高了刀具寿命预测的准确性,提高了刀具利用率,降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工的刀具领域,具体地,涉及一种基于能量的刀具寿命预测系统。
背景技术
随着制造业数控制造技术的快速发展,数控机床的运用更加普遍,自动化生产得到进一步发展,刀具作为制造系统中重要环节之一,也是寿命最为薄弱的环节,其寿命的预测在现代化生产过程中显得越来越重要。借助计算机辅助刀具管理,对刀具的合理配置、有效使用、生产效率的提高及成本的降低都非常重要。刀具寿命的预测的准确性影响到生产率、生产成本和加工质量。利用刀具的能量消耗来进行刀具寿命的预测,是合理使用刀具的一种有效方法。
经对现有技术的文献检索发现,聂建林在其硕士学位论文(重庆大学,2006-4)上发表的“数控刀具寿命智能化管理系统的研究”,该文建立了刀具寿命预测和切削参数优化的模型,利用BP网络,将影响刀具寿命的因素(如:铣削方式,工件材料的硬度,刀具材料,加工精度,刀具直径,刀齿前角、主偏角,刀齿数,铣削深度,铣削宽度,每齿进给量,切削速度)建立预测刀具寿命的模型。该文涉及的技术主要存在以下缺陷和不足:(1)该模型建立时需要大量样本数据,这在实际工程中有时很难实现;(2)该模型涉及的影响因素过多,切削条件变化时,预测结果有时几乎不能使用;(3)切削加工过程中,部分影响因素会发生变化,难以实时测量并建立模型;(4)切削条件变化时,刀具寿命必然发生变化,采用加工零件的数量,加工时间,加工工件的长度等方法衡量寿命,在不同条件下难以归一化处理。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种基于能量的刀具寿命预测系统,通过对刀具切削过程中电流、电压信号的实时监测,得到刀具切削过程中功率的实时变化,进而得到刀具消耗的能量,从而预测刀具的剩余寿命。
为实现以上目的,本发明提供一种基于能量的刀具寿命预测系统,包括电流电压测量系统,刀具管理系统,刀具数据库,二维码打印系统和二维码扫描设备;
电流电压测量系统在线测量机床空载时的电流、电压信号并将监测到的信号传递给刀具管理系统;
刀具管理系统对接收到的信号进行滤波、A/D转换后通过功率P=电流I×电压V得到机床空载功率;
刀具数据库存储机床编号和机床空载功率,并将工厂的刀具按照顺序依次编写序列号并将刀具序列号及刀具型号存入刀具数据库;
刀具管理系统查询刀具数据库并将刀具序列号传给二维码打印系统;
二维码打印系统生成二维码并由打印设备在刀具上打印二维码;
二维码扫描设备安装在数控加工的机床上负责扫描刀具上二维码信息并传给刀具管理系统;
刀具管理系统识别二维码信息并转化为刀具序列号并结合刀具所在机床编号查询刀具数据库中的刀具信息及机床空载功率,显示在显示屏上;
电流电压测量系统在线监测刀具加工时的电流、电压信号并传递给刀具管理系统,刀具管理系统对信号进行滤波、A/D转换后通过功率P=电流I×电压V得到机床实际功率,再将监测得到的机床实际功率减去机床空载功率进行积分∫(P-P空载)dt得出刀具加工消耗的能量;
刀具管理系统将查询刀具数据库得到的刀具剩余寿命能量减去刀具加工消耗的能量得到新的刀具剩余寿命能量并将刀具剩余寿命能量显示在显示屏上提醒操作人员注意,在加工结束后将监测得到的电流、电压信号及刀具剩余寿命能量传给刀具数据库;
刀具数据库储存并更新机床空载功率、电压、电流信息、现已消耗的能量信息、以往数据统计得出的刀具寿命内消耗总能量数据、刀具剩余寿命能量数据。
优选地,所述的电流电压测量系统包括:智能电表以及电流电压测量系统RS485串行接口,其中:智能电表在线测量电流、电压信号;电流电压测量系统RS485串行接口与刀具管理系统相连接并传输电流、电压信号。
优选地,所述的刀具管理系统包括:PC计算机,二维码扫描仪RS232串行接口,电流电压测量系统RS485串行接口,Socket接口,液晶显示屏输出接口,液晶显示屏和二维码打印系统接口;其中:PC计算机通过二维码扫描仪RS232串行接口接收二维码扫描仪的二维码信息,结合PC计算机所在的机床编号一起,经Socket接口从刀具数据库查询刀具所在机床的生产加工信息,传输刀具序列号、机床编号、电流信号、电压信号、刀具寿命内消耗总能量数据、刀具剩余寿命能量数据、刀具现已消耗的能量数据、进给量、进给速度、切削深度、冷却液、工件材料信息,通过电流电压测量系统RS485串行接口接受电流电压测量系统测得的电流、电压信号,通过液晶显示屏输出接口传输刀具二维码信息、刀具序列号信息、机床编号、机床空载功率、进给量、进给速度、切削深度、冷却液、工件材料信息、刀具寿命内消耗总能量数据、刀具剩余寿命能量数据、刀具现已消耗的能量数据,并在液晶显示屏上显示给工作人员,通过二维码打印系统接口将刀具序列号传输给二维码打印系统。
优选地,所述的刀具数据库包括:数据库服务器和数据库系统接口,其中:数据库服务器存储刀具序列号、机床编号、机床空载功率、进给量、进给速度、切削深度、冷却液、工件材料信息、电流信号、电压信号、刀具寿命内消耗总能量数据、刀具剩余寿命能量数据、刀具现已消耗的能量数据,通过数据库系统接口与刀具管理系统相接,用以传输刀具序列号、机床编号、机床空载功率、电流信号、电压信号、刀具寿命内消耗总能量数据、刀具剩余寿命能量数据、刀具现已消耗的能量数据、进给量、进给速度、切削深度、冷却液、工件材料信息。
优选地,所述的二维码打印系统包括:二维码打印系统接口、二维码打印电脑和二维码打印机,其中:二维码打印系统接口与刀具管理系统相连接并传输刀具序列号信息;二维码打印电脑与二维码打印机相连接,用以将刀具序列号转化为二维码信息后打印在刀具上。
优选地,所述的二维码扫描设备包括:二维码扫描仪以及二维码扫描仪RS232串行接口,其中:二维码扫描仪发出光线照射二维码符号上,被反射回来光扫描仪接收后经处理转换为刀具的序列号,通过二维码扫描仪RS232串行接口将刀具序列号传送给刀具管理系统。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
(1)基于能量预测刀具寿命,影响因素大大减少;
(2)基于能量预测刀具寿命,允许切削条件在一定范围内变化而不影响预测结果;
(3)数控加工过程中,刀具切削消耗的功率的在线监测易于实现;
(4)采用能量衡量刀具寿命能够适应各种加工情况,相比采用加工零件的数量,加工时间,加工工件的长度等方法衡量寿命更具有通用性。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明系统一实施例框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示,本实施例提供一种基于能量的刀具寿命预测系统,包括:电流电压测量系统1,刀具管理系统2,刀具数据库4,二维码打印系统5和二维码扫描设备6,其中:将工厂中的机床按照0001至9999的顺序依次编号,电流电压测量系统1测量机床空载时的电流、电压信号并传递给刀具管理系统2,刀具管理系统2对信号进行滤波、A/D转换后通过功率P=电流I×电压V得到机床空载功率,并将机床编号和机床空载功率存入刀具数据库4;将工厂的刀具3按00001至99999的顺序依次编写序列号,并将机床编号、刀具序列号及刀具型号存入刀具数据库4;刀具管理系统2查询刀具数据库4并将序列号传给二维码打印系统5,二维码打印系统5生成二维码并由激光打印设备在刀具上打印二维码,二维码扫描设备6安装在数控加工的机床上负责扫描刀具3上二维码信息并传给刀具管理系统2;刀具管理系统2识别二维码信息并转化为刀具序列号并结合刀具3所在机床编号查询刀具数据库4中的刀具信息及机床空载功率,显示在显示屏上;电流电压测量系统1在线监测刀具3加工时的电流、电压信号,传递给刀具管理系统2;刀具管理系统2对信号进行滤波、A/D转换后通过功率P=电流I×电压V得到机床实际功率,再将监测得到的机床实际功率减去机床空载功率进行积分∫(P-P空载)dt得出刀具加工消耗的能量;刀具管理系统2将查询数据库系统4得到的刀具剩余寿命能量减去刀具加工消耗的能量得到新的刀具剩余寿命能量,并将刀具剩余寿命能量显示在显示屏上提醒操作人员注意,在加工结束后将监测得到的电流、电压信号,刀具剩余寿命能量传给刀具数据库4;刀具数据库4储存并更新机床空载功率、电压、电流信息、现已消耗的能量信息、以往数据统计得出的刀具寿命内消耗总能量数据、刀具剩余寿命能量数据。
本实施例中,所述的电流电压测量系统1包括:智能电表,电流电压测量系统RS485串行接口8,其中:智能电表在线测量电流、电压信号,电流电压测量系统RS485串行接口8与刀具管理系统2相连接并传输电流、电压信号。
本实施例中,所述的刀具管理系统2包括:PC计算机,二维码扫描仪RS232串行接口9,电流电压测量系统RS485串行接口8,Socket接口7,液晶显示屏输出接口,液晶显示屏和二维码打印系统接口,其中:PC计算机通过二维码扫描仪RS232串行接口9接收二维码扫描仪的二维码信息,结合PC计算机所在的机床编号一起,经Socket接口7从刀具数据库4查询刀具3所在机床的生产加工信息,传输刀具序列号、机床编号、电流信号、电压信号、刀具寿命内消耗总能量数据,刀具剩余寿命能量数据,刀具现已消耗的能量数据,进给量、进给速度、切削深度、冷却液、工件材料信息,通过电流电压测量系统RS485串行接口8接受电流电压测量系统1测得的电流、电压信号,通过液晶显示屏输出接口传输刀具二维码信息,刀具序列号信息、机床编号、机床空载功率、进给量、进给速度、切削深度、冷却液、工件材料信息,刀具寿命内消耗总能量数据,刀具剩余寿命能量数据,刀具现已消耗的能量数据,并在液晶显示屏上显示给工作人员,通过二维码打印系统接口将刀具序列号传给二维码打印系统5。
本实施例中,所述的刀具数据库4包括:数据库服务器和数据库系统接口,其中:数据库服务器存储刀具序列号、机床编号、机床空载功率、进给量、进给速度、切削深度、冷却液、工件材料信息、电流信号、电压信号、刀具寿命内消耗总能量数据、刀具剩余寿命能量数据、刀具现已消耗的能量数据,通过数据库系统接口与刀具管理系统2相接,传输刀具序列号、机床编号、机床空载功率、电流信号、电压信号、刀具寿命内消耗总能量数据,刀具剩余寿命能量数据,刀具现已消耗的能量数据,进给量、进给速度、切削深度、冷却液、工件材料信息。
本实施例中,所述的二维码打印系统5包括:二维码打印系统接口、二维码打印电脑和二维码打印机,其中:二维码打印系统接口与刀具管理系统2相连接并传输刀具序列号信息,二维码打印电脑与二维码打印机相连接,将刀具序列号转化为二维码信息后打印在刀具3上。
本实施例中,所述的二维码扫描设备6包括:二维码扫描仪,其中:二维码扫描仪发出光线照射二维码符号上,被反射回来光扫描仪接收后,经处理转换为刀具3的序列号,通过二维码扫描仪RS232串行接口9,将刀具序列号传送给刀具管理系统2。
本发明借助计算机辅助刀具管理,对刀具在数控加工过程中的能量消耗进行追踪,通过刀具数控加工过程中电流、电压的在线监测得到机床的实际功率,进而得到刀具的能量消耗,基于能量来进行刀具寿命的预测,提高了刀具的利用效率,降低了生产成本。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。
Claims (6)
1.一种基于能量的刀具寿命预测系统,其特征在于,包括电流电压测量系统,刀具管理系统,刀具数据库,二维码打印系统和二维码扫描设备;
电流电压测量系统在线测量机床空载时的电流、电压信号并将监测到的信号传递给刀具管理系统;
刀具管理系统对接收到的信号进行滤波、A/D转换后通过功率P=电流I×电压V得到机床空载功率;
刀具数据库存储机床编号和机床空载功率,将工厂的刀具按照顺序依次编写序列号并将刀具序列号及刀具型号存入刀具数据库;
刀具管理系统查询刀具数据库并将刀具序列号传给二维码打印系统;
二维码打印系统生成二维码并由打印设备在刀具上打印二维码;
二维码扫描设备安装在数控加工的机床上负责扫描刀具上二维码信息并传给刀具管理系统;
刀具管理系统识别二维码信息并转化为刀具序列号并结合刀具所在机床编号查询刀具数据库中的刀具信息及机床空载功率,显示在显示屏上;
电流电压测量系统在线监测刀具加工时的电流、电压信号并传递给刀具管理系统,刀具管理系统对信号进行滤波、A/D转换后通过功率P=电流I×电压V得到机床实际功率,再将监测得到的机床实际功率减去机床空载功率进行积分∫(P-P空载)dt得出刀具加工消耗的能量;
刀具管理系统将查询刀具数据库得到的刀具剩余寿命能量减去刀具加工消耗的能量得到新的刀具剩余寿命能量并将刀具剩余寿命能量显示在显示屏上提醒操作人员注意,在加工结束后将监测得到的电流、电压信号及刀具剩余寿命能量传给刀具数据库;
刀具数据库储存并更新机床空载功率、电压、电流信息、现已消耗的能量信息、以往数据统计得出的刀具寿命内消耗总能量数据、刀具剩余寿命能量数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于能量的刀具寿命预测系统,其特征在于,所述的电流电压测量系统包括:智能电表以及电流电压测量系统RS485串行接口,其中:智能电表在线测量电流、电压信号;电流电压测量系统RS485串行接口与刀具管理系统相连接并传输电流、电压信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于能量的刀具寿命预测系统,其特征在于,所述的刀具管理系统包括:PC计算机,二维码扫描仪RS232串行接口,电流电压测量系统RS485串行接口,Socket接口,液晶显示屏输出接口,液晶显示屏和二维码打印系统接口;其中:PC计算机通过二维码扫描仪RS232串行接口接收二维码扫描仪的二维码信息,结合PC计算机所在的机床编号一起,经Socket接口从刀具数据库查询刀具所在机床的生产加工信息,传输刀具序列号、机床编号、电流信号、电压信号、刀具寿命内消耗总能量数据、刀具剩余寿命能量数据、刀具现已消耗的能量数据、进给量、进给速度、切削深度、冷却液、工件材料信息,通过电流电压测量系统RS485串行接口接受电流电压测量系统测得的电流、电压信号,通过液晶显示屏输出接口传输刀具二维码信息、刀具序列号信息、机床编号、机床空载功率、进给量、进给速度、切削深度、冷却液、工件材料信息、刀具寿命内消耗总能量数据、刀具剩余寿命能量数据、刀具现已消耗的能量数据,并在液晶显示屏上显示给工作人员,通过二维码打印系统接口将刀具序列号传输给二维码打印系统。
4.根据权利要求3所述的一种基于能量的刀具寿命预测系统,其特征在于,所述的二维码扫描设备包括:二维码扫描仪,其中:二维码扫描仪发出光线照射二维码符号上,被反射回来光扫描仪接收后经处理转换为刀具的序列号,通过二维码扫描仪RS232串行接口将刀具序列号传送给刀具管理系统。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于能量的刀具寿命预测系统,其特征在于,所述的刀具数据库包括:数据库服务器和数据库系统接口,其中:数据库服务器存储刀具序列号、机床编号、机床空载功率、进给量、进给速度、切削深度、冷却液、工件材料信息、电流信号、电压信号、刀具寿命内消耗总能量数据、刀具剩余寿命能量数据、刀具现已消耗的能量数据,通过数据库系统接口与刀具管理系统相接,用以传输刀具序列号、机床编号、机床空载功率、电流信号、电压信号、刀具寿命内消耗总能量数据、刀具剩余寿命能量数据、刀具现已消耗的能量数据、进给量、进给速度、切削深度、冷却液、工件材料信息。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于能量的刀具寿命预测系统,其特征在于,所述的二维码打印系统包括:二维码打印系统接口、二维码打印电脑和二维码打印机,其中:二维码打印系统接口与刀具管理系统相连接并传输刀具序列号信息;二维码打印电脑与二维码打印机相连接,用以将刀具序列号转化为二维码信息后打印在刀具上。
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