CN106873527B - 用于测量切削刀具的使用寿命的方法、控制装置和系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于测量切削刀具的使用寿命的方法、控制装置和系统，切削刀具受电机驱动，分别对多个工件进行切削，该方法包括：a)获取第一电流值；b)获取当前工件的实际加工条件，并获得多个采样电流值；c)根据多个采样电流值、第一电流值、采样周期以及电源电压，得到切削刀具对当前工件进行切削期间所消耗的能量值，并进行存储；d)判定实际加工条件与初始加工条件是否一致；e)将能量值与第一阈值进行比较；f)进行计数；g)判定工件数a的数值以及当前工件的实际加工条件是否满足预定条件；h)得到能量比值；i)将能量比值与第二阈值进行比较；j)判定切削刀具的使用寿命到达。

Description

用于测量切削刀具的使用寿命的方法、控制装置和系统

技术领域

本发明涉及数控机床的切削刀具的寿命预测和管理，尤其涉及用于测量切削刀具的使用寿命的方法和系统。

背景技术

切削刀具作为切削加工系统中的重要环节之一，在现代化生产过程中对其寿命的预测及管理显得越来越重要，一直以来也是机械加工研究中的重点和热点。

传统方法对切削刀具的寿命判断一般是通过对刀具表面进行观察，并测量后刀面的磨损量，达到磨钝标准后，即判断寿命到达，或者是通过对被加工工件的表面粗糙度进行监控，当工件表面粗糙度开始达不到要求时，判断该切削刀具寿命到达。然而在实际量产中，这两种方法实施起来均较为不便。切削刀具的磨损量测量需停机并将切削刀具取下，从而进行测量；现代化量产作业中一位操作员往往对应多台加工设备，如若对工件进行抽样检查粗糙度，则对生产效率会有一定的影响。此外，即便是发现表面粗糙度不达标时，也会有一定延误，不能及时更换切削刀具，从而产生浪费。因此在目前的实际生产中，切削刀具的寿命管理一般是以加工工件个数为标准来制定管理制度，当加工件数达到规定的数量后，即认为该切削刀具寿命到达。该方法由于切削刀具的个体差异，时常会发生切削刀具过度加工或提前报废等情况，导致切削刀具不能合理地利用。

为彻底改善这一状况，构建一个能对切削刀具寿命进行定量管理的加工系统显得尤为必要。多年来，国内外学者针对切削刀具磨损在线监测领域也做出了大量的工作，如专利申请号为：CN200910082547.X,发明名称为：基于影像的刀具在线检测与补偿系统及方法，利用摄像装置对刀具磨损量进行在线检测。如专利申请号为：CN92111137.1，发明名称为：一种刀具失效综合监控方法与装置，利用声发射与振动信号来监控刀具的失效工况。然而实际生产的作业环境较为恶劣(如冷却介质，切屑等)，利用摄像装置对刀具监控方法操作起来十分不便且其精度难以保证。声发射与振动信号的方法需要在机床中额外设置传感器，一般机床中空间有限设置起来也不是很容易，此外量产线中往往有多台设备一同使用，互相产生的声音及振动会引起干扰，信号处理时很难进行有效的过滤。因此这些方法大多只适用于实验室研究，在量产设备中应用起来难度较大。再者这些利用外接传感器的监测方法基本上都是采用独立的信号监测和处理模块，并没有对数控机床本身的已有信息进行有效的利用。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术不足，提供一种用于测量切削刀具的使用寿命的方法、控制装置和系统，该方法、控制装置和系统适用于量产加工设备的在线定量的切削刀具的寿命管理，能够根据历史数据实时地对切削刀具的寿命进行预测，在达到寿命标准前发出换刀信号。

本发明提供一种用于测量切削刀具的使用寿命的方法，所述切削刀具受电机驱动，分别对多个工件进行切削，所述方法包括：

a)在所述切削刀具对所述多个工件开始切削之前，设定所述切削刀具的初始加工条件，并对所述电机进行测量，以获取所述电机的第一电流值；

b)将所述多个工件中正在被所述切削刀具进行切削的一个工件作为当前工件，在对所述当前工件进行切削之前，获取所述切削刀具对所述当前工件进行切削的实际加工条件，并且在所述切削刀具对所述当前工件进行切削期间，对所述电机进行测量，获取所述电机的多个电流值，以固定的采样周期对所述多个电流值进行采样，获得多个采样电流值；

c)根据所述多个采样电流值、所述第一电流值、所述采样周期以及为所述电机供电的电源电压，得到所述切削刀具对所述当前工件进行切削期间所消耗的能量值，并进行存储；

d)判定所述实际加工条件与所述初始加工条件是否一致，如果一致，则进入步骤e)，如果不一致，则进入步骤f)；

e)将所述能量值与第一阈值进行比较，如果所述能量值大于等于所述第一阈值，则进入步骤j)，如果所述能量值小于所述第一阈值，则将所述当前工件之后的下一个工件作为正在被所述切削刀具进行切削的所述一个工件，并返回步骤b)，

f)进行计数，将实际加工条件相同但与所述初始条件不同的工件数a的数值加1，a的初始值为0，且a是大于等于0的整数；

g)判定所述工件数a的数值以及所述当前工件的实际加工条件是否满足预定条件，如果满足，则进入步骤h)，如果不满足，则将所述当前工件之后的下一个工件作为正在被所述切削刀具进行切削的所述一个工件，并返回步骤b)，

h)取出步骤c)中存储的所述切削刀具切削所述当前工件之前的预定个数的工件所分别消耗的预定个数的能量值，根据所述能量值以及所述预定个数的能量值得到能量比值；

i)将所述能量比值与第二阈值进行比较，如果所述能量比值大于等于所述第二阈值，则进入步骤j)，如果所述能量比值小于所述第二阈值，则将所述当前工件之后的下一个工件作为正在被所述切削刀具进行切削的所述一个工件，并返回步骤b)，

j)判定所述切削刀具的使用寿命到达。

通过本发明的方法，可以实时监测切削刀具的使用寿命，从而提高生产量，降低生产成本。

步骤c)中，根据以下等式1得到所述能量值，

其中，A_C表示所述能量值，I_n是所述多个采样电流值中的第n个采样电流值，I_n+1是所述多个采样电流值中的第n+1个采样电流值，m是所述多个采样电流值的个数，m是大于等于1的整数，1≤n≤m，I_F是所述第一电流值，P是所述采样周期，V是所述电源电压。

如此，可以获得切削刀具切削每个工件所消耗的能量值。

第一阈值是预先对所述切削刀具进行试验而确定的。

如此，可以针对一种类型的切削刀具设定相应的第一阈值，作为后续的判定标准。

步骤g)中，进一步包括以下步骤：

g1)判定a的数值是否大于1，如果是，则进入步骤g2)，如果不是，则将所述当前工件之后的下一个工件作为所述一个工件，并返回步骤b)；

g2)判定所述当前工件的实际加工条件与所述当前工件的前一个工件的实际加工条件是否一致，如果一致，则进入步骤g3)，如果不一致，则进入步骤g4)；

g3)判定a的数值是否大于等于所述预定个数加1，如果是，则进入步骤h)，如果不是，则将所述当前工件之后的下一个工件作为所述一个工件，并返回步骤b)；

g4)使a的数值为0，将所述当前工件之后的下一个工件作为所述一个工件，并返回步骤b)，

其中，所述预定条件是指所述当前工件的实际加工条件与所述当前工件的前一个工件的实际加工条件一致以及a的数值大于1且大于等于所述预定个数加1。

如此，可以对每个工件的实际加工条件进行判定，并在连续数个工件的实际加工条件相同的情况下，计算能量比值，并与第二阈值进行比较。从而可以避免误判定。

预定个数为奇数。预定个数为5个，并根据如下等式2得到所述能量比值，

其中，A_比表示所述能量比值，A_C-1表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第1个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-2表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第2个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-3表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第3个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-4表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第4个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-5表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第5个工件进行加工所消耗的能量值。

如此，可以计算得到能量比值。

A_e表示所述第一阈值，且所述第一阈值是所述切削刀具切削第e个工件时所消耗的能量值，根据上述第一阈值以及所述切削刀具切削所述第e个工件之前的所述预定个数的工件所分别消耗的能量值，预先设定所述第二阈值，其中，e为大于等于1的整数。

第二阈值是通过以下等式3被预先设定，

其中，A_阈值2表示所述第二阈值，A_e-1表示所述切削刀具切削第e-1个工件所消耗的能量值，A_e-2表示所述切削刀具切削第e-2个工件所消耗的能量值，A_e-3表示所述切削刀具切削第e-3个工件所消耗的能量值，A_e-4表示所述切削刀具切削第e-4个工件所消耗的能量值，A_e-5表示所述切削刀具切削第e-5个工件所消耗的能量值，其中，e是大于5的整数。

在等式2和等式3中，使用相同数量的能量值进行计算，并分别得到能量比值和第二阈值，此后将能量比值与第二阈值进行比较，从而可以避免误判定。

所述初始加工条件包括所述切削刀具的初始转速和初始进刀量，所述实际加工条件包括所述切削刀具的实际转速和实际进刀量。

本发明还一种用于测量切削刀具的使用寿命的控制装置，所述切削刀具受电机驱动，分别对多个工件进行切削，所述控制装置包括：

初始单元，在所述切削刀具对所述多个工件开始切削之前，设定所述切削刀具的初始加工条件，并获取测量到的所述电机的第一电流值；

采样单元，所述采样单元将所述多个工件中正在被所述切削刀具进行切削的一个工件作为当前工件，在对所述当前工件进行切削之前，获取所述切削刀具对所述当前工件进行切削的实际加工条件，并且在所述切削刀具对所述当前工件进行切削期间，以固定的采样周期对测量到的所述电机的多个电流值进行采样，获得多个采样电流值；

能量值计算单元，所述能量值计算单元根据所述多个采样电流值、所述第一电流值、所述采样周期以及为所述电机供电的电源电压，得到所述切削刀具对所述当前工件进行切削期间所消耗的能量值，并进行存储；

加工条件判定单元，所述加工条件判定单元判定所述实际加工条件与所述初始加工条件是否一致；

第一判定单元，在所述加工条件判定单元判定所述实际加工条件与所述初始加工条件是一致的情况下，所述第一判定单元判定所述能量值是否大于等于第一阈值；

计数单元，如果所述加工条件判定单元判定所述实际加工条件与所述初始加工条件不一致，则进行计数，将实际加工条件相同但与所述初始条件不同的工件数a的数值加1，a的初始值为0，且a是大于等于0的整数；

第二判定单元，判定所述工件数a以及所述当前工件的实际加工条件是否满足预定条件；

能量比值计算单元，在所述第二判定单元判定所述工件数a的数值以及所述当前工件的实际加工条件满足预定条件的情况下，取出存储的所述切削刀具切削所述当前工件之前的预定个数的工件所分别消耗的预定个数的能量值，并根据所述能量值以及所述预定个数的能量值得到能量比值；

第三判定单元，所述第三判定单元将所述能量比值与第二阈值进行比较，判定所述能量比值是否大于等于第二阈值；

判定寿命到达单元，如果所述第一判定单元判定所述能量值大于等于第一阈值或者所述第三判定单元判定所述能量比值大于等于第二阈值，则所述判定寿命到达单元判定所述切削刀具的使用寿命到达；

其中，如果所述第一判定单元判定所述能量值小于第一阈值或所述第三判定单元判定所述能量比值小于等于第二阈值或所述第二判定单元判定所述工件数a的数值以及所述当前工件的实际加工条件不满足预定条件，则所述采样单元将所述当前工件之后的下一个工件作为正在被所述切削刀具进行切削的所述一个工件。

根据以下等式1得到所述能量值，

其中，A_C表示所述能量值，I_n是所述多个采样电流值中的第n个采样电流值，I_n+1是所述多个采样电流值中的第n+1个采样电流值，m是所述多个采样电流值的个数，m是大于等于1的整数，1≤n≤m，I_F是所述第一电流值，P是所述采样周期，V是所述电源电压。

所述第一阈值是预先对所述切削刀具进行试验而确定的。

所述第二判定单元进一步包括以下单元：

第四判定单元，判定a的数值是否大于1；

第五判定单元，在所述第四判定单元判定a的数值大于1的情况下，判定所述当前工件的实际加工条件与所述当前工件的前一个工件的实际加工条件是否一致；

第六判定单元，在所述第五判定单元判定所述当前工件的实际加工条件与所述当前工件的前一个工件的实际加工条件一致的情况下，判定a的数值是否大于等于所述预定个数加1；

其中，如果所述第六判定单元判定a的数值大于等于所述预定个数，则所述能量比值计算单元计算所述能量比值，如果所述第四判定单元判定a的数值没有大于1，则所述采样单元将所述当前工件之后的下一个工件作为正在被所述切削刀具进行切削的所述一个工件，如果所述第五判定单元判定所述当前工件的实际加工条件与所述当前工件的前一个工件的实际加工条件不一致，则所述计数单元使a的数值为0，且所述采样单元将所述当前工件之后的下一个工件作为正在被所述切削刀具进行切削的所述一个工件，

其中，所述预定条件是指所述当前工件的实际加工条件与所述当前工件的前一个工件的实际加工条件一致以及a的数值大于1且大于等于所述预定个数加1。

所述预定个数为奇数。

所述预定个数为5个，并根据如下等式2得到所述能量比值，

其中，A_比表示所述能量比值，A_C-1表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第1个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-2表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第2个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-3表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第3个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-4表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第4个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-5表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第5个工件进行加工所消耗的能量值。

A_e表示所述第一阈值，且所述第一阈值是所述切削刀具切削第e个工件时所消耗的能量值，根据上述第一阈值以及所述切削刀具切削所述第e个工件之前的所述预定个数的工件所分别消耗的能量值，预先设定所述第二阈值，其中，e为大于等于1的整数。

所述第二阈值是通过以下等式3被预先设定，

其中，A_阈值2表示所述第二阈值，A_e表示所述第一阈值，所述第一阈值是所述切削刀具切削第e个工件时所消耗的能量值，A_e-1表示所述切削刀具切削第e-1个工件所消耗的能量值，A_e-2表示所述切削刀具切削第e-2个工件所消耗的能量值，A_e-3表示所述切削刀具切削第e-3个工件所消耗的能量值，A_e-4表示所述切削刀具切削第e-4个工件所消耗的能量值，A_e-5表示所述切削刀具切削第e-5个工件所消耗的能量值，其中，e是大于5的整数。

所述初始加工条件包括所述切削刀具的初始转速和初始进刀量，所述实际加工条件包括所述切削刀具的实际转速和实际进刀量。

本发明还提供一种用于测量切削刀具的使用寿命的系统，所述系统包括：

电机；

切削刀具，所述切削刀具受电机驱动，分别对多个工件进行切削；

如上所述的控制装置，

电流测量装置，在所述切削刀具对所述多个工件开始切削之前，所述电流测量装置对所述电机进行测量，获取所述电机的第一电流值，并且在所述切削刀具对所述当前工件进行切削期间，所述电流测量装置对所述电机进行测量，获取所述电机的所述多个电流值；

所述控制装置根据从所述电流测量装置获取的所述第一电流值、所述多个采样电流值、以及所述采样周期和所述电源电压，判定所述切削刀具的使用寿命是否到达。

根据本发明，可以实时监测刀具的寿命，提高刀具的合理利用率，降低生产成本。

附图说明

图1A是根据本发明的实施例的用于测量切削刀具的使用寿命的方法的流程图；

图1B是图1中的步骤S16的进一步的流程图；

图2A是根据本发明的实施例的用于测量切削刀具的使用寿命的控制装置的方框图；

图2B是图2A中的第二判定单元的进一步的方框图；

图3是根据本发明的实施例的用于测量切削刀具的使用寿命的系统的方框图。

具体实施方式

以下，结合附图，对本发明的用于测量切削刀具的使用寿命的方法、控制装置和系统进行详细说明。

图1A是根据本发明的实施例的用于测量切削刀具的使用寿命的方法的流程图，图1B是图1中的步骤S16的进一步的流程图，图2A是根据本发明的实施例的用于测量切削刀具的使用寿命的控制装置的方框图，图2B是图2A中的第二判定单元的进一步的方框图，图3是根据本发明的实施例的用于测量切削刀具的使用寿命的系统的方框图。

如图3所示，本例中，用于测量切削刀具的使用寿命的系统30包括电机31、切削刀具32(以下简称为刀具32)、电流测量装置33和控制装置200。刀具32受电机31驱动，分别对多个工件(图未视)进行切削。电流测量装置33例如是电流计。

如图2A所示，控制装置200(例如，计算机)包括初始单元201、采样单元202、能量值计算单元203、加工条件判定单元204、第一判定单元205、计数单元206、第二判定单元207、能量比值计算单元208、第三判定单元209、判定寿命到达单元210。如图2B所示，第二判定单元207进一步包括第四判定单元2071、第五判定单元2072、第六判定单元2073。

下面结合图1A、图1B、图2A、图2B和图3对本发明的实施例进行详细说明。

如图1A所示，在步骤S11，初始单元201在刀具32对多个工件开始切削之前，设定刀具32的初始加工条件，电流测量装置33对电机31进行测量，以使初始单元201获取电机31的第一电流值。

这里，初始加工条件包括刀具32的初始转速和初始进刀量，初始转速例如是1990rpm，初始进刀量例如是100mm/min。其中，为一种类型的工件设定该初始加工条件。

在步骤S12，采样单元202将多个工件中正在被刀具32进行切削的一个工件作为当前工件，在对当前工件进行切削之前，获取刀具32对当前工件进行切削的实际加工条件，并且在刀具32对当前工件进行切削期间，电流测量装置33对电机31进行测量，得到电机31的多个电流值，采样单元202以固定的采样周期对多个电流值进行采样，以获得多个采样电流值。

这里，实际加工条件包括刀具32的实际转速和实际进刀量。当要加工的工件的类型与上述一种类型的工件相同时，实际加工条件与初始加工条件是一致的，否则就是不一致。另外，初始加工条件和实际加工条件都是预先人为设定的。进一步，有些工件的实际加工条件可以不同于初始加工条件，并可以不同于其他工件的实际加工条件。

目前常用的用电频率是50Hz，采样频率取用电频率的10倍以上，本例中，采样频率例如取500Hz。那么，本例中的采样周期例如是2ms。

在步骤S13，能量值计算单元203根据上述的多个采样电流值、第一电流值、采样周期以及为电机31供电的电源电压，得到刀具32对当前工件进行切削期间所消耗的能量值，并进行存储。

这里，根据以下等式1得到该能量值，

其中，A_C表示能量值，I_n是多个采样电流值中的第n个采样电流值，I_n+1是多个采样电流值中的第n+1个采样电流值，m是多个采样电流值的个数，m是大于等于1的整数，1≤n≤m，I_F是第一电流值，P是采样周期，V是电源电压。

在步骤S14，加工条件判定单元204判定实际加工条件与初始加工条件是否一致，如果一致，则进入步骤S19，如果不一致，则进入步骤S15。本例中，当前工件例如是第99个工件，加工条件判定单元204判定其实际加工条件与初始加工条件是一致的，那么就进入步骤S19。

在步骤S19，第一判定单元205判定上述能量值是否大于等于第一阈值，如果判定该能量值大于等于第一阈值，则进入步骤S20，如果判定能量值小于第一阈值，则采样单元201将当前工件之后的下一个工件作为正在被刀具32进行切削的一个工件，并返回步骤S12。本例中，当前工件例如是第99个工件，如果判定能量值小于第一阈值，则采样单元201将第100个工件作为正在被刀具32进行切削的一个工件。

第一阈值是预先对与刀具32的类型相同的刀具进行试验而确定的，在实际量产前进行试验，依据传统刀具寿命的判定方法来确定，例如，依据刀具磨损量、加工精度要求等，根据被加工的工件的表面质量来确定该第一阈值。在对刀具的试验中，例如在加工到第495个工件时，发现第495个被加工的工件的表面质量即将不满足生产要求，那么将加工第495个工件所消耗的能量值作为该第一阈值。另外，在加工第1到第495个工件期间，对加工每个工件所消耗的能量值都进行了存储。

例如，如上所述，在步骤S19之后，当前工件是第100个工件，并返回步骤S12，然后依次执行步骤S13和S14，在步骤S14，加工条件判定单元204判定第100个工件的实际加工条件与初始加工条件不一致的，那么就进入步骤S15。

在步骤S15，计数单元206将实际加工条件相同但与所述初始条件不同的工件数a的数值加1，a的初始值为0，且a是大于等于0的整数。

本实施例中，此时a的值为初始值，即a＝0，计数单元206将a的数值加1，得到a＝0+1＝1。

接着进入步骤S16，第二判定单元207判定工件数a的数值以及当前工件的实际加工条件是否满足预定条件，如果满足，则进入步骤S17，如果不满足，则将当前工件之后的下一个工件作为正在被刀具32进行切削的一个工件，并返回步骤S12。

参见图1B和图2B，图1A中的步骤S16进一步包括步骤S161-S164。在步骤S161，第四判定单元2071判定a的数值是否大于1，如果是，则进入步骤S162，如果不是，则将当前工件之后的下一个工件作为一个工件，并返回步骤S12。

如上所述，当前工件为第100个工件，在步骤S15得到a＝1。第四判定单元2071判定a的数值没有大于1，那么采样单元202将第100个工件之后的第101个工件作为正在被刀具32切削的一个工件，并返回步骤S12。

对于第101个工件，重复上述步骤S12-S15，并且在步骤S15得到a＝1+1＝2。在步骤S161，第四判定单元2071判定a的数值大于1，然后进入步骤S162。在步骤S162，第五判定单元2072判定当前工件的实际加工条件与当前工件的前一个工件的实际加工条件是否一致，如果一致，则进入步骤S163，如果不一致，则进入步骤S164。

本实施例中，第101个工件的实际加工条件和第100个工件的实际加工条件是一致的，则进入步骤S163。

在步骤S163，第六判定单元2073判定a的数值是否大于等于预定个数加1，如果是，则进入步骤S17，如果不是，则将当前工件之后的下一个工件作为一个工件，并返回步骤S12。

这里，预定个数为大于等于1的奇数。本例中，预定个数例如被预先确定为5。

这里，针对第101个工件，如上所述，在步骤S15得到a＝2。如此，在在步骤S163，第六判定单元2073判定a的数值没有大于等于预定个数加1，即a没有大于等于6，那么采样单元202将第101个工件之后的下一个工件，即第102个工件，作为一个工件，并返回步骤S12。

本例中，例如针对第102-104个工件，分别重复步骤S12到S163，直到当前工件为第105个工件时，在步骤S15得到a＝6，并且在步骤S161和步骤S162的判定都为“是”，那么进入步骤S163。

此时，在步骤S163，第六判定单元2703判定a的数值等于6，即判定为“是”，那么进入步骤S17。

在步骤S17，能量比值计算单元208取出能量值计算单元203在步骤S13中计算并存储的刀具32切削当前工件之前的预定个数的工件所分别消耗的预定个数的能量值，根据该能量值以及预定个数的能量值得到能量比值。

这里，当前工件时第105个工件，取出第105个工件之前的预定个数的工件，本例中，为5个工件，即，取出第100个到第104个工件各自的能量值A₁₀₀，A₁₀₁，A₁₀₂，A₁₀₃，A₁₀₄。

具体的，根据如下等式2得到上述能量比值，

其中，A_比表示能量比值，A_C是刀具32切削当前工件(即，第105个工件)所消耗的能量值，在步骤S13中由能量值计算单元203计算得到A₁₀₅。A_C-1表示刀具32对紧接在当前工件之前的第1个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-2表示刀具32对紧接在所述当前工件之前的第2个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-3表示刀具32对紧接在当前工件之前的第3个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-4表示刀具32对紧接在当前工件之前的第4个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-5表示刀具32对紧接在当前工件之前的第5个工件进行加工所消耗的能量值。

将A₁₀₀，A₁₀₁，A₁₀₂，A₁₀₃，A₁₀₄，A₁₀₅代入等式2，计算得到能量比值A_比。

接着，进入步骤S18，第三判定单元209将能量比值A_比与第二阈值进行比较，如果能量比值大于等于第二阈值，则进入步骤S210，如果能量比值小于第二阈值，则将当前工件之后的下一个工件作为正在被刀具32进行切削的所述一个工件，并返回步骤S12。

其中，A_e表示第一阈值，且第一阈值是刀具32切削第e个工件时所消耗的能量值，根据上述第一阈值以及刀具32切削第e个工件之前的预定个数的工件所分别消耗的能量值，预先设定第二阈值，其中，e为大于等于1的整数。

进一步，第二阈值是通过以下等式3被预先设定，

其中，A_阈值2表示第二阈值，A_e-1表示刀具32切削第e-1个工件所消耗的能量值，A_e-2表示述刀具32切削第e-2个工件所消耗的能量值，A_e-3表示刀具32切削第e-3个工件所消耗的能量值，A_e-4表示刀具32切削第e-4个工件所消耗的能量值，A_e-5表示刀具32切削第e-5个工件所消耗的能量值，其中，e是大于5的整数。

本例中，如上所述，例如e是495，那么将事先试验得到的A₄₉₅(即，第一阈值)、A₄₉₄、A₄₉₃、A₄₉₂、A₄₉₁、A₄₉₀分别代入上述等式3，从而得到第二阈值。

这里，第一阈值和第二阈值都是预先按照上述方式被设定的。

另外，例如，当前工件为第200个工件时，例如流程进行到步骤S162，此时第五判定单元2072判定第200个工件的实际加工条件与第199个工件的实际加工条件不一致，即步骤S162为“否”，则进入步骤S164。

在步骤S164，计数单元206使a的数值为0，采样单元202将第200之后的下一个工件，即第201个工件，作为一个工件，并返回步骤S12。

此外，如果在步骤S19中第一判定单元205判定能量值大于等于第一阈值，或者在步骤S18中第三判定单元209判定能量比值大于等于第二阈值，那么进入步骤S210，此时判定寿命到达单元210就判定刀具32的使用寿命到达，从而提醒用户更换新的刀具。

上述预定条件是指当前工件的实际加工条件与当前工件的前一个工件的实际加工条件一致以及a的数值大于1且大于等于预定个数加1。也就是说，在步骤S161，S162，S163的判定都为“是”时，就满足该预定条件。

另外，预定个数也可以是其他奇数，例如可以取1个或3个等等，而不受限制。在计算能量比值时所取的能量值的个数与计算第二阈值时所取的能量值的个数是相同的。

本发明中，通过在刀具对每个工件进行切削加工过程中，实时监控电机的电流，并利用切削每个工件的过程中所消耗的能量值来进行比较，以判断刀具的寿命是否已经到达。如此，可以实时监测刀具的寿命，提高刀具的合理利用率，降低了生产成本。

另外，本例中，例如第100-199个工件都处于与初始加工条件不同的第一加工条件，那么如上所述，在加工到第105个工件时，利用加工第100-105个工件各自所消耗的能量值计算出上述能量比值。同时，在判定寿命没有到达的情况下，继续加工第106个工件，同样利用加工第101-106个工件各自所消耗的能量值计算出上述能量比值。只要判定寿命没有到达，就依次类推，每加工一个当前工件，就利用加工当前工件以及之前的预定个数的工件各自消耗的能量值来计算能量比值，并与第二阈值进行比较。如此，可以实时监测刀具的寿命，提高刀具的合理利用率，降低了生产成本。

虽然本发明的特定实施例已被描述，但这些实施例只通过实例的方式进行表述，并不意欲限制本发明的范围。实际上，本文描述的创新方法可以通过各种其他形式实施；此外，也可以进行对本文描述的方法和系统的各种省略、替代和改变而不背离本发明的精神。附后的权利要求及其等同内容的目的是涵盖落入本发明的范围和精神内的这样的各种形式或修改。

Claims (15)

1.一种用于测量切削刀具的使用寿命的方法，所述切削刀具受电机驱动，分别对多个工件进行切削，其特征在于，所述方法包括：

a)在所述切削刀具对所述多个工件开始切削之前，设定所述切削刀具的初始加工条件，并对所述电机进行测量，以获取所述电机的第一电流值；

b)将所述多个工件中正在被所述切削刀具进行切削的一个工件作为当前工件，在对所述当前工件进行切削之前，获取所述切削刀具对所述当前工件进行切削的实际加工条件，并且在所述切削刀具对所述当前工件进行切削期间，对所述电机进行测量，获取所述电机的多个电流值，以固定的采样周期对所述多个电流值进行采样，获得多个采样电流值；

c)根据所述多个采样电流值、所述第一电流值、所述采样周期以及为所述电机供电的电源电压，得到所述切削刀具对所述当前工件进行切削期间所消耗的能量值，并进行存储；

d)判定所述实际加工条件与所述初始加工条件是否一致，如果一致，则进入步骤e)，如果不一致，则进入步骤f)；

e)将所述能量值与第一阈值进行比较，如果所述能量值大于等于所述第一阈值，则进入步骤j)，如果所述能量值小于所述第一阈值，则将所述当前工件之后的下一个工件作为正在被所述切削刀具进行切削的所述一个工件，并返回步骤b)，

f)进行计数，将实际加工条件相同但与所述初始加工条件不同的工件数a的数值加1，a的初始值为0，且a是大于等于0的整数；

g)判定所述工件数a的数值以及所述当前工件的实际加工条件是否满足预定条件，如果满足，则进入步骤h)，如果不满足，则将所述当前工件之后的下一个工件作为正在被所述切削刀具进行切削的所述一个工件，并返回步骤b)，

h)取出步骤c)中存储的所述切削刀具切削所述当前工件之前的预定个数的工件所分别消耗的预定个数的能量值，根据所述能量值以及所述预定个数的能量值得到能量比值；

i)将所述能量比值与第二阈值进行比较，如果所述能量比值大于等于所述第二阈值，则进入步骤j)，如果所述能量比值小于所述第二阈值，则将所述当前工件之后的下一个工件作为正在被所述切削刀具进行切削的所述一个工件，并返回步骤b)，

j)判定所述切削刀具的使用寿命到达，

其中，根据以下等式1得到所述能量值，

其中，A_C表示所述能量值，I_n是所述多个采样电流值中的第n个采样电流值，I_n+1是所述多个采样电流值中的第n+1个采样电流值，m是所述多个采样电流值的个数，m是大于等于1的整数，1≤n≤m，I_F是所述第一电流值，P是所述采样周期，V是所述电源电压，

其中，所述预定条件是指所述当前工件的实际加工条件与所述当前工件的前一个工件的实际加工条件一致以及a的数值大于1且大于等于所述预定个数加1，

所述初始加工条件包括所述切削刀具的初始转速和初始进刀量，所述实际加工条件包括所述切削刀具的实际转速和实际进刀量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一阈值是预先对所述切削刀具进行试验而确定的。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤g)中，进一步包括以下步骤：

g1)判定a的数值是否大于1，如果是，则进入步骤g2)，如果不是，则将所述当前工件之后的下一个工件作为所述一个工件，并返回步骤b)；

g2)判定所述当前工件的实际加工条件与所述当前工件的前一个工件的实际加工条件是否一致，如果一致，则进入步骤g3)，如果不一致，则进入步骤g4)；

g3)判定a的数值是否大于等于所述预定个数加1，如果是，则进入步骤h)，如果不是，则将所述当前工件之后的下一个工件作为所述一个工件，并返回步骤b)；

g4)使a的数值为0，将所述当前工件之后的下一个工件作为所述一个工件，并返回步骤b)。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预定个数为奇数。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预定个数为5个，并根据如下等式2得到所述能量比值，

其中，A_比表示所述能量比值，A_C-1表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第1个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-2表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第2个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-3表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第3个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-4表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第4个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-5表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第5个工件进行加工所消耗的能量值。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，A_e表示所述第一阈值，且所述第一阈值是所述切削刀具切削第e个工件时所消耗的能量值，根据上述第一阈值以及所述切削刀具切削所述第e个工件之前的所述预定个数的工件所分别消耗的能量值，预先设定所述第二阈值，其中，e为大于等于1的整数。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二阈值是通过以下等式3被预先设定，

其中，A_阈值2表示所述第二阈值，A_e-1表示所述切削刀具切削第e-1个工件所消耗的能量值，A_e-2表示所述切削刀具切削第e-2个工件所消耗的能量值，A_e-3表示所述切削刀具切削第e-3个工件所消耗的能量值，A_e-4表示所述切削刀具切削第e-4个工件所消耗的能量值，A_e-5表示所述切削刀具切削第e-5个工件所消耗的能量值，其中，e是大于5的整数。

8.一种用于测量切削刀具的使用寿命的控制装置，所述切削刀具受电机驱动，分别对多个工件进行切削，其特征在于，所述控制装置包括：

初始单元，在所述切削刀具对所述多个工件开始切削之前，设定所述切削刀具的初始加工条件，并获取测量到的所述电机的第一电流值；

采样单元，所述采样单元将所述多个工件中正在被所述切削刀具进行切削的一个工件作为当前工件，在对所述当前工件进行切削之前，获取所述切削刀具对所述当前工件进行切削的实际加工条件，并且在所述切削刀具对所述当前工件进行切削期间，以固定的采样周期对测量到的所述电机的多个电流值进行采样，获得多个采样电流值；

能量值计算单元，所述能量值计算单元根据所述多个采样电流值、所述第一电流值、所述采样周期以及为所述电机供电的电源电压，得到所述切削刀具对所述当前工件进行切削期间所消耗的能量值，并进行存储；

加工条件判定单元，所述加工条件判定单元判定所述实际加工条件与所述初始加工条件是否一致；

第一判定单元，在所述加工条件判定单元判定所述实际加工条件与所述初始加工条件是一致的情况下，所述第一判定单元判定所述能量值是否大于等于第一阈值；

计数单元，如果所述加工条件判定单元判定所述实际加工条件与所述初始加工条件不一致，则进行计数，将实际加工条件相同但与所述初始加工条件不同的工件数a的数值加1，a的初始值为0，且a是大于等于0的整数；

第二判定单元，判定所述工件数a以及所述当前工件的实际加工条件是否满足预定条件；

能量比值计算单元，在所述第二判定单元判定所述工件数a的数值以及所述当前工件的实际加工条件满足预定条件的情况下，取出存储的所述切削刀具切削所述当前工件之前的预定个数的工件所分别消耗的预定个数的能量值，并根据所述能量值以及所述预定个数的能量值得到能量比值；

第三判定单元，所述第三判定单元将所述能量比值与第二阈值进行比较，判定所述能量比值是否大于等于第二阈值；

判定寿命到达单元，如果所述第一判定单元判定所述能量值大于等于第一阈值或者所述第三判定单元判定所述能量比值大于等于第二阈值，则所述判定寿命到达单元判定所述切削刀具的使用寿命到达；

其中，如果所述第一判定单元判定所述能量值小于第一阈值或所述第三判定单元判定所述能量比值小于等于第二阈值或所述第二判定单元判定所述工件数a的数值以及所述当前工件的实际加工条件不满足预定条件，则所述采样单元将所述当前工件之后的下一个工件作为正在被所述切削刀具进行切削的所述一个工件，

其中，根据以下等式1得到所述能量值，

其中，A_C表示所述能量值，I_n是所述多个采样电流值中的第n个采样电流值，I_n+1是所述多个采样电流值中的第n+1个采样电流值，m是所述多个采样电流值的个数，m是大于等于1的整数，1≤n≤m，I_F是所述第一电流值，P是所述采样周期，V是所述电源电压，

其中，所述预定条件是指所述当前工件的实际加工条件与所述当前工件的前一个工件的实际加工条件一致以及a的数值大于1且大于等于所述预定个数加1，

所述初始加工条件包括所述切削刀具的初始转速和初始进刀量，所述实际加工条件包括所述切削刀具的实际转速和实际进刀量。

9.如权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述第一阈值是预先对所述切削刀具进行试验而确定的。

10.如权利要求8所述的控制装置，其特征在于，所述第二判定单元进一步包括以下单元：

第四判定单元，判定a的数值是否大于1；

第五判定单元，在所述第四判定单元判定a的数值大于1的情况下，判定所述当前工件的实际加工条件与所述当前工件的前一个工件的实际加工条件是否一致；

第六判定单元，在所述第五判定单元判定所述当前工件的实际加工条件与所述当前工件的前一个工件的实际加工条件一致的情况下，判定a的数值是否大于等于所述预定个数加1；

其中，如果所述第六判定单元判定a的数值大于等于所述预定个数，则所述能量比值计算单元计算所述能量比值，如果所述第四判定单元判定a的数值没有大于1，则所述采样单元将所述当前工件之后的下一个工件作为正在被所述切削刀具进行切削的所述一个工件，如果所述第五判定单元判定所述当前工件的实际加工条件与所述当前工件的前一个工件的实际加工条件不一致，则所述计数单元使a的数值为0，且所述采样单元将所述当前工件之后的下一个工件作为正在被所述切削刀具进行切削的所述一个工件。

11.如权利要求10所述的控制装置，其特征在于，所述预定个数为奇数。

12.如权利要求11所述的控制装置，其特征在于，所述预定个数为5个，并根据如下等式2得到所述能量比值，

其中，A_比表示所述能量比值，A_C-1表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第1个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-2表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第2个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-3表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第3个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-4表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第4个工件进行加工所消耗的能量值，A_C-5表示所述切削刀具对紧接在所述当前工件之前的第5个工件进行加工所消耗的能量值。

13.如权利要求12所述的控制装置，其特征在于，A_e表示所述第一阈值，且所述第一阈值是所述切削刀具切削第e个工件时所消耗的能量值，根据上述第一阈值以及所述切削刀具切削所述第e个工件之前的所述预定个数的工件所分别消耗的能量值，预先设定所述第二阈值，其中，e为大于等于1的整数。

14.如权利要求13所述的控制装置，其特征在于，所述第二阈值是通过以下等式3被预先设定，

其中，A_阈值2表示所述第二阈值，A_e表示所述第一阈值，所述第一阈值是所述切削刀具切削第e个工件时所消耗的能量值，A_e-1表示所述切削刀具切削第e-1个工件所消耗的能量值，A_e-2表示所述切削刀具切削第e-2个工件所消耗的能量值，A_e-3表示所述切削刀具切削第e-3个工件所消耗的能量值，A_e-4表示所述切削刀具切削第e-4个工件所消耗的能量值，A_e-5表示所述切削刀具切削第e-5个工件所消耗的能量值，其中，e是大于5的整数。

15.一种用于测量切削刀具的使用寿命的系统，其特征在于，所述系统包括：

电机；

切削刀具，所述切削刀具受电机驱动，分别对多个工件进行切削；

如权利要求8-14中任一项所述的控制装置，

电流测量装置，在所述切削刀具对所述多个工件开始切削之前，所述电流测量装置对所述电机进行测量，获取所述电机的第一电流值，并且在所述切削刀具对所述当前工件进行切削期间，所述电流测量装置对所述电机进行测量，获取所述电机的所述多个电流值；

所述控制装置根据从所述电流测量装置获取的所述第一电流值、所述多个采样电流值、以及所述采样周期和所述电源电压，判定所述切削刀具的使用寿命是否到达。

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