CN107838747A - 基于工业机器人铣削过程的刀具状态智能监控方法 - Google Patents

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张然
张一然
孙杰
李卫东
孙超
宋戈
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Abstract

一种基于工业机器人铣削过程的刀具状态智能监控方法，是在工业机器人进行铣削加工过程中，将激振器安装在待加工工件上，将振动传感器安装在电主轴侧壁，利用激振器带动工件产生恒定振动，铣刀与工件产生接触，振动通过铣刀传递给电主轴，安装在电主轴侧壁的振动传感器实时采集振动信号，刀具与待加工工件表面在不同的接触方式下，所采集到的振动信号不同，利用该区别特征，实现加工过程中刀具状态的智能监控。该方法在利用工业机器人进行工件侧壁铣削过程中，可以实现刀具状态的智能监控，综合提升工艺过程的稳定性与可靠性，推动工业机器人在普通机加领域中的应用与发展。

Description

基于工业机器人铣削过程的刀具状态智能监控方法
技术领域
本发明涉及一种用于对工业机器人铣削过程中刀具状态进行监控的方法，属于过程监控技术领域。
背景技术
工业机器人是集精密化、柔性化、智能化等先进技术于一体的装置，在制造技术不断发展的今天，其广泛应用已成为一种趋势。工业机器人凭借较高的灵活性与较强的适应性备受青睐，逐渐替代传统机床进行零件的机械加工，如铣削等。工业机器人具有较大的工作范围与较低的加工成本，在进行大型零件的加工时，与传统机床相比其优势更加明显。
在铣削过程中，电主轴作为末端执行器，由工业机器人带动按照预定编程轨迹进行进给运动；铣刀安装于电主轴，由电主轴带动进行旋转运动实现切削。在进行工件内外形侧壁铣削的过程中，需要时刻保证刀具轴线与工作台垂直，即实现铣刀侧刃与工件侧壁保持线接触状态；如果刀具轴线与工作台未垂直，即刀具侧刃与侧壁边缘或刀尖圆角与侧壁产生点接触，则会导致工件损伤报废、刀具崩刃，甚至造成设备损坏。
因此根据铣削过程的特点，针对铣刀与侧壁不同的接触状态，研究一种刀具状态智能监控与识别方法，亟待解决。
发明内容
本发明针对工业机器人铣削过程中所存在的刀具易损伤工件、工艺稳定性差、加工过程可靠性低等问题，提供一种可以实现刀具状态智能监控的基于工业机器人铣削过程的刀具状态智能监控方法。
本发明的基于工业机器人铣削过程的刀具状态智能监控方法，是：
在工业机器人进行铣削加工过程中，将激振器安装在待加工工件上，将振动传感器安装在电主轴侧壁，利用激振器带动工件产生恒定振动，铣刀与工件产生接触，振动通过铣刀传递给电主轴，安装在电主轴侧壁的振动传感器实时采集振动信号，刀具与待加工工件表面在不同的接触方式(线接触与点接触)下，所采集到的振动信号不同，利用该区别特征，实现加工过程中刀具状态的智能监控。
本发明在利用工业机器人进行工件侧壁铣削过程中，可以实现刀具状态的智能监控，综合提升工艺过程的稳定性与可靠性，推动工业机器人在普通机加领域中的应用与发展。
附图说明
图1是本发明刀具状态智能监控方法的过程原理示意图。
图2是具有较多外壁与内壁的典型工件结构示意图。
图3是铣削过程中刀具与工件侧壁三种不同的接触方式示意图。(a)是正常切削过程中铣刀与工件侧壁的接触状态；(b)是铣刀侧刃与工件侧壁边缘呈点接触；(c)是铣刀刀尖圆角与工件侧壁呈点接触状态。
其中：1.电主轴，2.振动传感器，3.工作台，4.铣刀，5.工件，6.激振器，7.内壁，8.外壁。
具体实施方式
本发明的基于工业机器人铣削过程的刀具状态智能监控方法，用于实时监控铣削过程中刀具状态，将显著提升工艺过程的稳定性与可靠性。
如图1所示，本发明采用激振器6和振动传感器2。在工业机器人进行铣削加工过程中，可以根据实际情况，将激振器6安装于待加工的工件5上的合适位置，保证安装可靠且不会与刀具、夹具等其他部件产生干涉；将振动传感器2安装于电主轴1的侧壁，保证安装可靠且不会在加工过程中发生意外脱落。
在铣削过程中，将工件5固定于工作台3之上(夹具部分在图1中未画出)，激振器6固定在工件5之上，激振器6将带动工件5产生振动。工件5为如图2所示的具有较多内壁7与外壁8结构的典型工件。加工过程需要时刻保证铣刀4的轴线与工作台3的垂直关系，即刀具侧刃与工件侧壁保持线接触状态。
电主轴1作为末端执行器由工业机器人带动按照预定的编程轨迹实现进给运动，电主轴1带动铣刀4做旋转运动，实现切削。铣刀4与工件5接触，振动会通过铣刀4传递给电主轴1，振动传感器2接收振动信号并传递给相应的信号采集装置。
图3给出了刀具与工件5侧壁三种不同的接触方式：(a)是正常切削过程中铣刀4与工件5侧壁的接触状态，侧刃与侧壁平面呈线接触，侧壁可实现均匀切削；(b)为铣刀4侧刃与工件5侧壁边缘呈点接触，该情况下定义偏角α的取值范围(以垂直于工作台3所在直线为参考)是(c)为铣刀4刀尖圆角与工件5侧壁呈点接触状态，该情况下定义偏角β的取值范围(以垂直于工作台所在直线为参考)是
铣刀4与工件5侧壁在不同接触状态下，振动传感器2所接收到的振动信号的特征不同，根据该不同特征，可以实现刀具状态实时智能监控与识别。

Claims (1)

1.一种基于工业机器人铣削过程的刀具状态智能监控方法，其特征是：
在工业机器人进行铣削加工过程中，将激振器安装在待加工工件上，将振动传感器安装在电主轴侧壁，利用激振器带动工件产生恒定振动，铣刀与工件产生接触，振动通过铣刀传递给电主轴，安装在电主轴侧壁的振动传感器实时采集振动信号，刀具与待加工工件表面在不同的接触方式下，所采集到的振动信号不同，利用该区别特征，实现加工过程中刀具状态的智能监控。
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