CN109877650B - 一种棒料剪切刀具寿命预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种棒料剪切刀具寿命预测方法，通过对活动刀侧面的磨损量进行定量检测，从而得到每次剪切的磨损量，然后再根据固定刀与活动刀之间的失效间距与初始间距之差，从而获得棒料剪切刀具的预测寿命，即本发明的棒料剪切刀具寿命预测方法能够实现在设计阶段即可获得刀具的使用寿命的技术目的，提高剪切机性能的可靠性。具体的，本发明的棒料剪切刀具寿命预测方法还有以下优点：1)不需要对刀具进行全寿命试验，具有经济成本低、预测速度快和准确度高的特点；2)本发明的预测结果更符合实际结果，刀具寿命预测误差小；3)通过本发明对刀具寿命进行预测，可提前对刀具进行更换，防止因刀具损坏影响坯件加工质量，提高棒料剪切机的可靠性。

Description

一种棒料剪切刀具寿命预测方法

技术领域

本发明属于用于测量切削刀具状态的技术领域，具体的为一种棒料剪切刀具寿命预测方法。

背景技术

在机械加工中，将任意形式(管材、棒料或型材)材料加工成所需的几何尺寸的工序称为下料，下料是机械加工的第一道工序，只有将原材料分离成单个坯件才能进行下一步工序。棒料剪切机以其经济成本低、高效率、低消耗等特点，被广泛应用在加热及锻造等工艺前。

由于不锈钢材料具有较高的延展性，在剪切过程中容易出现严重的不规则塑性变形，并剐蹭剪切刀刃及刀面，使刀具磨损加剧。极端情况下，甚至在刀刃处造成应力集中，导致刀刃崩刃，极大地缩短刀具的使用寿命。棒料剪切刀具的使用寿命是衡量棒料剪切机性能的一项重要指标，但实际设计中仅能依靠工程设计人员的经验进行参考或在实际生产中应用后确认，在设计阶段并无统一有效的方法预测刀具寿命，因此研究不锈钢棒料剪切过程，预测其剪切刀具的寿命具有非常重要的实际意义。

目前，刀具寿命预测方法仅限在车削、铣削、磨削等数控机床刀具中。如公开号为CN108427841A的中国专利申请公开了一种数控机床刀具剩余寿命预测方法，其通过实时获取数控机床加工时的传感器信号，评估刀具当前的损伤程度，以此预测刀具在不同工况下的剩余寿命。公开号为CN104002195B的中国专利公开了一种基于能量的刀具寿命预测系统，通过检测刀具切削过程中的功率变化从而得到刀具消耗的能量，最终达到预测刀具寿命的目的。公开号为CN107717631A的中国专利申请公开了一种高速铣削刀具磨损自动检测方法，其通过成像装置处理提取高速铣刀的磨损参数，由此实现刀具的寿命预测。

现有的刀具寿命预测方法都需要依托昂贵的自动化检测设备，对于棒料剪切机而言并不适用，且现有技术中并没有专门针对棒料剪切刀具的寿命预测方法。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种棒料剪切刀具寿命预测方法，以实现在设计阶段即可获得刀具的使用寿命的技术面对，提高剪切机性能的可靠性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种棒料剪切刀具寿命预测方法，所述棒料剪切刀具包括固定刀和活动刀，包括如下步骤：

1)在活动刀面向固定刀的一侧侧面上选取测量点，并利用三坐标测量仪测量得到未剪切时的任一测量点A_i在垂直于活动刀侧面方向上的坐标值z_i0，并计算得到未剪切时的所有测量点在垂直于活动刀侧面方向上的坐标值平均值

其中，1≤i≤n，且i为整数，n为选取的测量点的数量；

2)调整活动刀与固定刀之间的间距为设定值c，利用棒料剪切刀具剪切棒料；

3)当第j次剪切过程中的剪切次数达到设定次数m时，利用三坐标测量仪测量得到此时的任一测量点A_i在垂直于活动刀侧面方向上的的坐标值z_ij，即此时在每个测量点处的磨损量

并通过每个测量点处的磨损量e_ij得到第j次剪切过程中的活动刀侧面的磨损量e_j；

其中，j为正整数，且j＝M/m，M为当前棒料剪切刀具的剪切总次数；

为第j-1次剪切过程中的所有测量点在垂直于活动刀侧面方向上的坐标值平均值；

4)重复步骤2)至步骤3)，直至棒料剪切刀具的剪切次数达到设定次数k，得到此时的活动刀侧面的磨损量y_k/m＝e₁+e₂+……+e_p，其中，p为正整数，且p＝k/m；

5)逐渐增大活动刀与固定刀之间的间距，直至棒料剪切刀具无法完成剪切或剪切效果不合格时，得到活动刀侧面的最大允许磨损量C，即棒料剪切刀具的寿命预测值为：

其中，N为刀具的预测寿命，即棒料剪切刀具在寿命内的剪切次数。

进一步，所述步骤1)中，未剪切时的所有测量点在垂直于活动刀侧面方向上的坐标值平均值为：

进一步，所述步骤3)中，根据每个测量点处的磨损量e_ij大小，将所有测量点分为若干个区间，计算每个区间内的所有测量点处的磨损量的平均值a_r，以及每个区间内的所有测量点数量与所有测量点数量的比值b_r，所述区间中，使位于最边缘的区间内的b_r最小，则：

其中，r大于等于1并小于等于所述区间的个数，且r为正整数。

进一步，所述步骤5)中，逐渐增大活动刀与固定刀之间的间距，直至棒料剪切刀具无法完成剪切或剪切效果不合格时，此时活动刀与固定刀之间的间距c_t，即活动刀侧面的最大允许磨损量C＝c_t-c。

本发明的有益效果在于：

本发明的棒料剪切刀具寿命预测方法，通过对活动刀侧面的磨损量进行定量检测，从而得到每次剪切的磨损量，然后再根据固定刀与活动刀之间的失效间距与初始间距之差，从而获得棒料剪切刀具的预测寿命，即本发明的棒料剪切刀具寿命预测方法能够实现在设计阶段即可获得刀具的使用寿命的技术目的，提高剪切机性能的可靠性。具体的，本发明的棒料剪切刀具寿命预测方法还有以下优点：

1)不需要对刀具进行全寿命试验，仅需有限次试验即可预测刀具寿命，具有经济成本低、预测速度快和准确度高的特点；

2)相比于目前棒料剪切刀具寿命的预测仅依靠认为主观判断而言，本发明的预测结果更符合实际结果，刀具寿命预测误差小；

3)通过本发明对刀具寿命进行预测，可提前对刀具进行更换，防止因刀具损坏影响坯件加工质量，提高棒料剪切机的可靠性。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为本发明棒料剪切刀具寿命预测方法实施例的流程图；

图2为活动刀和固定刀之间的位置关系图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图2所示，为活动刀和固定刀之间的位置关系图。棒料剪切刀具包括固定刀3和活动刀2，使用时，将固定刀3固定安装在下方，并利用压紧装置1将棒料4压紧固定在固定刀3上，活动刀2位于棒料4的上方，活动刀2的侧面2a面向固定刀所在的一侧。

如图1所示，为本发明棒料剪切刀具寿命预测方法实施例的流程图。本实施例的本实施例的棒料剪切刀具寿命预测方法，包括如下步骤：

1)在活动刀面向固定刀的一侧侧面上选取测量点，并利用三坐标测量仪测量得到未剪切时的任一测量点A_i在垂直于活动刀侧面方向上的坐标值z_i0，并计算得到未剪切时的所有测量点在垂直于活动刀侧面方向上的坐标值平均值

具体的，未剪切时的所有测量点在垂直于活动刀侧面方向上的坐标值平均值为：

其中，1≤i≤n，且i为整数，n为选取的测量点的数量；

本实施例的测量点的选取方法为：在活动刀侧面上以设定间隙g画横线，以设定间隙h画与横线垂直的纵线，选取横线和纵线的相交点为测量点。具体的，本实施例的在活动刀侧面上以设定间隙1mm画横线，以设定间隙3mm画与横线垂直的纵线，选取横线和纵线的相交点为测量点。

2)调整活动刀与固定刀之间的间距为设定值c，利用棒料剪切刀具剪切棒料；

3)当第j次剪切过程中的剪切次数达到设定次数m时，利用三坐标测量仪测量得到此时的任一测量点A_i在垂直于活动刀侧面方向上的的坐标值z_ij，即此时在每个测量点处的磨损量

并通过每个测量点处的磨损量e_ij得到第j次剪切过程中的活动刀侧面的磨损量e_j；

其中，j为正整数，且j＝M/m，M为当前棒料剪切刀具的剪切总次数；

为第j-1次剪切过程中的所有测量点在垂直于活动刀侧面方向上的坐标值平均值；

具体的，本实施例第j次剪切过程中的活动刀侧面的磨损量e_j；的计算方式为：根据每个测量点处的磨损量e_ij大小，将所有测量点分为若干个区间，测量点区间的划分原则为：所有的区间中，使位于最边缘的区间内的所有测量点数量与所有测量点数量的比值b_r最小。计算每个区间内的所有测量点处的磨损量的平均值a_r，以及每个区间内的所有测量点数量与所有测量点数量的比值b_r，则：

其中，r大于等于1并小于等于区间的个数，且r为正整数。

表1中为本实施例采用的一种测量点区间的划分方式，当然，根据实际情况，测量点区间的划分还可以调整，其原理相当，不再累述。

表1：测量点区间的划分表

4)重复步骤2)至步骤3)，直至棒料剪切刀具的剪切次数达到设定次数k，得到此时的活动刀侧面的磨损量y_k/m＝e₁+e₂+……+e_p，其中，p为正整数，且p＝k/m。

5)逐渐增大活动刀与固定刀之间的间距，直至棒料剪切刀具无法完成剪切或剪切效果不合格时，得到活动刀侧面的最大允许磨损量C，即棒料剪切刀具的寿命预测值为：

其中，N为刀具的预测寿命，即棒料剪切刀具在寿命内的剪切次数。

具体的，逐渐增大活动刀与固定刀之间的间距，直至棒料剪切刀具无法完成剪切或剪切效果不合格时，此时活动刀与固定刀之间的间距c_t，即活动刀侧面的最大允许磨损量C＝c_t-c。

进一步，步骤1)中，对未剪切时的活动刀侧面拍照；步骤3)中，对每一次剪切过程结束后的活动刀侧面拍照。通过照片定性观察棒料剪切刀具的磨损情况。

本实施例的棒料剪切刀具寿命预测方法，通过对活动刀侧面的磨损量进行定量检测，从而得到每次剪切的磨损量，然后再根据固定刀与活动刀之间的失效间距与初始间距之差，从而获得棒料剪切刀具的预测寿命，即本实施例的棒料剪切刀具寿命预测方法能够实现在设计阶段即可获得刀具的使用寿命的技术目的，提高剪切机性能的可靠性。具体的，本实施例的棒料剪切刀具寿命预测方法还有以下优点：

1)不需要对刀具进行全寿命试验，仅需有限次试验即可预测刀具寿命，具有经济成本低、预测速度快和准确度高的特点；

2)相比于目前棒料剪切刀具寿命的预测仅依靠认为主观判断而言，本实施例的预测结果更符合实际结果，刀具寿命预测误差小；

3)通过本实施例对刀具寿命进行预测，可提前对刀具进行更换，防止因刀具损坏影响坯件加工质量，提高棒料剪切机的可靠性。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (4)

1.一种棒料剪切刀具寿命预测方法，所述棒料剪切刀具包括固定刀和活动刀，其特征在于：包括如下步骤：

1)在活动刀面向固定刀的一侧侧面上选取测量点，并利用三坐标测量仪测量得到未剪切时的任一测量点A_i在垂直于活动刀侧面方向上的坐标值z_i0，并计算得到未剪切时的所有测量点在垂直于活动刀侧面方向上的坐标值平均值

其中，1≤i≤n，且i为整数，n为选取的测量点的数量；

2)调整活动刀与固定刀之间的间距为设定值c，利用棒料剪切刀具剪切棒料；

3)当第j次剪切过程中的剪切次数达到设定次数m时，利用三坐标测量仪测量得到此时的任一测量点A_i在垂直于活动刀侧面方向上的的坐标值z_ij，即此时在每个测量点处的磨损量

并通过每个测量点处的磨损量e_ij得到第j次剪切过程中的活动刀侧面的磨损量e_j；

其中，j为正整数，且j＝M/m，M为当前棒料剪切刀具的剪切总次数；

为第j-1次剪切过程中的所有测量点在垂直于活动刀侧面方向上的坐标值平均值；

4)重复步骤2)至步骤3)，直至棒料剪切刀具的剪切次数达到设定次数k，得到此时的活动刀侧面的磨损量y_k/m＝e₁+e₂+……+e_p，其中，p为正整数，且p＝k/m；

5)逐渐增大活动刀与固定刀之间的间距，直至棒料剪切刀具无法完成剪切或剪切效果不合格时，得到活动刀侧面的最大允许磨损量C，即棒料剪切刀具的寿命预测值为：

其中，N为刀具的预测寿命，即棒料剪切刀具在寿命内的剪切次数。

2.根据权利要求1所述的棒料剪切刀具寿命预测方法，其特征在于：所述步骤1)中，未剪切时的所有测量点在垂直于活动刀侧面方向上的坐标值平均值为：

3.根据权利要求1所述的棒料剪切刀具寿命预测方法，其特征在于：所述步骤3)中，根据每个测量点处的磨损量e_ij大小，将所有测量点分为若干个区间，计算每个区间内的所有测量点处的磨损量的平均值a_r，以及每个区间内的所有测量点数量与所有测量点数量的比值b_r，所述区间中，使位于最边缘的区间内的b_r最小，则：

其中，r大于等于1并小于等于所述区间的个数，且r为正整数。

4.根据权利要求1所述的棒料剪切刀具寿命预测方法，其特征在于：所述步骤5)中，逐渐增大活动刀与固定刀之间的间距，直至棒料剪切刀具无法完成剪切或剪切效果不合格时，此时活动刀与固定刀之间的间距c_t，即活动刀侧面的最大允许磨损量C＝c_t-c。

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