CN111300145B - 用于复杂曲面铣削加工的时变切削条件刀具破损检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于复杂曲面铣削加工的时变切削条件刀具破损检测方法，特征在于包括刀具破损监控检测系统、刀具破损特征信号获取方法、刀具破损分析判断方式、监控的刀具‑刀柄‑主轴系统的参数标定方法，特点在于各部分相互联系，是一个有机的整体，共同保证本方法的成功实施。一种适用于复杂曲面铣削加工的时变切削条件刀具破损检测方法，包括以下步骤：采用由加速度传感器模块、数据采集传输模块、多机数据并行处理系统和人机交互界面等组成的刀具破损监控检测系统进行监测，求出以主轴旋转周期T内X和Y方向振动信号的N个特征信号波的最大波幅值之和(A_Xmax+A_Ymax)与波幅最大差值之和(e_Xmax+e_Ymax)的比值P，若P>P_limit，则判定刀具破损。

Description

用于复杂曲面铣削加工的时变切削条件刀具破损检测方法

技术领域

本发明涉及数控加工刀具检测技术领域。

背景技术

复杂曲面零件毛胚的粗铣加工和半精铣加工大量存在于工厂的加工任务当中，是消耗刀具及占据加工时间最主要的工序。由于粗铣加工和半精铣加工的切削用量大，刀具寿命较短且每把刀(或每片刀片)的寿命不一致，有的甚至相差较大，换刀时间无法较精确的掌控。目前复杂曲面零件毛胚的粗铣加工和半精铣加工，还没有引入刀具破损监测装置，工厂一般采取人工盯守的方式来保证加工任务的顺利进行，这对工人的加工经验要求很高，而且人工效率低、人力成本高。由于人工无法精准地判断刀具破损的瞬间，一般采取提前换刀的方式，无法做到刀具的最大效益利用。另外，由于被加工工件型面为复杂曲面，在铣削某些部位时会加速刀具的磨破损，以至于刀片在换刀周期前出现严重的崩刃甚至是断刀脱落，如果工人不能短时间内做出判断并急停机床，将会造成重大损失。

目前的刀具磨损检测技术及装置(一般基于力矩传感器)多被用于高附加值零件的精加工，以保证加工质量，应用成本高，安装不方便，实施方式复杂。另外基于加速度传感器的刀具磨损检测装置被越来越多的应用于刀具磨损及机床运行状态的监控检测，但目前现有的技术及装置的应用场景一般为切削条件较为稳定的大批量加工，无法适用于单件小批量加工。

粗加工时的零件毛抷余量分布并不均匀，另外由于复杂曲面各处曲率的变化，铣削加工工程中切削条件是不断变化的，目前基于切削力阈值或振动加速度阈值的判别方法无法适用。

目前缺少一种能够适用于单件小批量加工、时变切削条件，实施成本较低，实施方式简单的复杂曲面零件粗铣加工和半精铣加工的刀具破损检测的系统性方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于复杂曲面铣削加工的时变切削条件刀具破损检测系统及方法。

为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种适用于复杂曲面铣削加工的时变切削条件刀具破损检测系统，包括加速度传感器模块、数据采集传输模块、多机数据并行处理系统和触摸显示屏。

机床设置到空间直角坐标系O-XYZ中，机床的刀轴与Z轴平行，X轴和Y轴均与机床的刀轴的垂直。所述加速度传感器模块通过强磁吸脚吸附在机床的主轴下表面，加速度传感器模块将数据传输给数据采集传输模块，数据采集传输模块将数据传输给多机数据并行处理系统，多机数据并行处理系统将处理后的数据传输至机床数控系统。

所述多机数据并行处理系统包括主工控机和若干辅助工控机，主工控机和若干辅助工控机之间进行实时通信。所述主工控机通过触摸显示屏将数据信息进行显示。

进一步，所述主工控机设置有数据通信、信号接收处理和停机信号判断发送的并行执行程序或线程，辅助工控机设置有数据通信、信号接收处理的并行执行程序或线程。

一种适用于复杂曲面铣削加工的时变切削条件刀具破损检测方法，基于上述的刀具破损检测系统，包括以下步骤：

1)获取刀具的破损特征信号，包括如下步骤：

1-1)启动所述机床，调节主轴的旋转频率为w_n/60，w_n为主轴转速，单位r/min。刀具齿数为z₁，设置主轴转速使主轴旋转基频及倍频避开刀具-刀柄-主轴系统X方向的各阶固有频率为w_x1、w_x2、…、w_xk，Y方向的各阶固有频率w_y1、w_y2、…、w_yk，主轴转速w_n满足如下条件：

其中：j＝1,2,...,m。

i＝1,2,...,k。

为X或Y方向的各阶固有频率，

Δw'为50-100Hz，m为2z₁，k由锤击模态实验数据分析获得。

1-2)所述加速度传感器模块对X、Y方向的振动加速度进行采集，采样频率为f_s，f_s为刀齿频率f_z的10-100倍，时间T内实际采样数据点数为N'＝f_sT，T为主轴旋转周期。通过补充一定数量的0，数量为N₀，使其长度达到需要的点数，以细分频率。频率分辨理论值设为ff＝0.5Hz，则总数据点数为N'+N₀＝int(f_s/ff+1)，实际频率分辨为f_s/(N'+N₀)。

1-3)基于采样得到的振动加速度数字信号点，做FFT变换，得到N'+N₀个点的FFT结果，用复数a+bi表示点n，模值为

对于n＝1点的信号，是幅度为A₁/(N'+N₀)的直流分量，对于n点(n≠1，且n<＝(N'+N₀)/2对应的信号的表达式为：

a_gn＝2A_ncos(2p_if_nt+P_n)/(N'+N₀)

其中，f_n＝(n-1)×f_s÷(N'+N₀)，f_n为点n所表示的频率。P_n＝atan2(b,a)，P_n是相位。

1-4)对于X、Y方向的信号，在FFT变换后，取区间[lw_n/60-Δw,lw_n/60+Δw]内的信号。Δw为5ff。然后将这些信号合成，合成信号为

其中：f_n∈[lw_n/60-Δw,lw_n/60+Δw]。

l∈{1,2,...,m}。

1-5)对合成信号进行采样，采主轴旋转周期T长度内的数据，采样频率为f_s。采用五点三次平滑法对采样获取的时域上离散信号数据进行三次最小二乘多项式平滑，过滤信号中的随机高频分量，使时域曲线更加平滑。五点三次平滑法的计算公式如下：

式中：a_o为原始数据，a_d为平滑后信号，M是离散点数据的个数。

1-6)将平滑后的合成信号作为刀具破损的加速度特征信号，并计算T内的N个信号波幅的最大值A_Xmax和A_Ymax及最大差值e_Xmax和e_Ymax。

2)分析、判断刀具破损，包括以下步骤：

2-1)所述加速度传感器模块采集出周期T内主轴的振动加速度特征信号数据并作为基本单元进行分析。

2-2)所述主工控机和s个辅助工控机并行处理分析数据，则连续分析的信号时间长度为sT。其中，所述多机数据并行处理系统对数据的处理过程如下：

2-2-1)开始监控时，所述主工控机接收记录信号数据。直到记录时间T内的信号，所述主工控机向相邻的下一个辅助工控机发送信号接收指令，同时停止接收信号转为信号处理。

2-2-2)所述辅助工控机接收信号，直到时间T内的信号被接收。所述辅助工控机向相邻的下一个辅助工控机发送信号接收指令，若该辅助工控机为末端机，则向主工控机发送信号接收指令，同时，停止接收信号转为信号处理。

2-2-3)每个所述辅助工控机将信号处理结果发送至主工控机，主工控机的信号接收和处理采用并行的方式，并对所有的信号处理结果进行当前次停机条件判断。若处理结果满足停机条件，则主工控机向机床数控系统发送急停信号。若处理结果不满足停机条件，则重复步骤2-2-1)至2-2-3)，继续监控。

2-3)计算周期T内的N个信号波幅的最大值之和(A_Xmax+A_Ymax)与最大差值之和(e_Xmax+e_Ymax)的比值，作为判断量：：

P＝(e_Xmax+e_Ymax)/(A_Xmax+A_Ymax)

2-4)对刀具的破损进行判断：若所述主工控机和所有辅助工控机处理得到的对应次的信号结果均满足P>P_limit，则判定刀具破损。

进一步，刀具-刀柄-主轴系统的主轴转速集合{w_n}的标定方法包括以下步骤：

4-1)对选定的刀具-刀柄-主轴系统进行锤击模态实验，所述加速度传感器模块安装在与后面监控时相同的主轴位置，在刀具切削力受力区域用力锤分别沿X向、Y向以及与X向成45度的方向敲击3次进行实验。

4-2)取每次的分析结果的平均值作为最终值，得到刀具-刀柄-主轴系统在X、Y方向的各阶固有频率{w_x1,w_x2,…,w_xk}与{w_y1,w_y2,…,w_yk}，根据实际情况确定适用的主轴转速集合{w_n}。

4-3)在可行的范围内选取多组轴向铣削深a_p、径向切宽a_b和进给速度feed和主轴转速w_n组合作为铣削条件{(a_p1,a_b1,feed₁,w_n1),…,(a_pc,a_bc,feed_c,w_nc)}。

进一步，f_s的确定方法包括以下步骤：

5-1)设置系统参数Δw，m，ff。

5-2)设置f_s＝10f_z。

5-3)设置铣削条件为(a_p1,a_b1,feed₁,w_n1)。

5-4)监控正常刀具的铣削振动，检查判断特征信号情况。若特征信号近似正余弦波且主轴旋转周期T内刀齿数个特征信号波波形基本一致，则测试下一个铣削条件。否则，令fs＝fs+10fz，重新测试。

5-5)直到所有铣削条件被测试完，确定当前刀具-刀柄-主轴系统下的fs。

进一步，P_limit的确定方法包括以下步骤：

6-1)设置好除P_limit的其他系统参数。

6-2)选取几组不同破损程度的刀具{Cutters₁,…,Cutters_d}。

6-3)选择刀具组Cutters₁，在各铣削条件{(a_p1,a_b1,feed₁,w_n1),…,(a_pc,a_bc,feed_c,w_nc)}进行铣削试验。在每种情况，分析计算主轴旋转周期T内X和Y方向振动信号的刀齿数个信号波的最大波幅值及其差值，根据P＝(e_Xmax+e_Ymax)/(A_Xmax+A_Ymax)得到集合{P_max1,1,…,P_max1,c}。

6-4)依次选择刀具组Cutters₂,…,Cutters_d，同步骤6-3)，在各铣削条件下进行铣削试验，得到集合{P_max2,1,…,P_max2,c,…,P_maxd,1,…,P_maxd,c}。

6-5)取集合{P_max1,1,…,P_max1,c,…,P_maxd,1,…,P_maxd,c}的所有元素的平均值作为当前刀柄刀具组合的P_limit值。

本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明具有成本低、实施方便、可用于重载切削、应用广泛的特点，特别适用于复杂曲面的粗铣加工刀具破损检测，为工厂智能化建设提供了技术基础。

附图说明

图1为本发明的原理图；

图2为多机并行处理机制原理图；

图3为本发明刀具破损分析判断原理图；

图4为振动加速度信号组成；

图5为刀具-刀柄-主轴系统的参数标定流程图；

图6为变切削条件铣削示意图；

图7为刀具破损后铣削过程切屑厚度示意图；

图8为刀片未破损时信号示意图；

图9为刀片破损时信号示意图；

图10为叶片复杂曲面工件粗铣加工过程切削条件变化示意图；

图11为实施例刀具刀柄；

图12为实施例的破损刀片组合。

图中：加速度传感器模块1、数据采集传输模块2、多机数据并行处理系统3、主工控机301、辅助工控机302、触摸显示屏4、机床数控系统5、主轴8和强磁吸脚11。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。

实施例1：

本实施例公开了一种适用于复杂曲面铣削加工的时变切削条件刀具破损检测系统，包括加速度传感器模块1、数据采集传输模块2、多机数据并行处理系统3和触摸显示屏4。

参见图1，机床设置到空间直角坐标系O-XYZ中，机床的刀轴与Z轴平行，X轴和Y轴均与机床的刀轴的垂直。所述加速度传感器模块通过强磁吸脚11吸附在机床的主轴8下表面，采集X、Y方向的振动加速度信号作为分析信号；所述加速度传感器模块将数据传输给数据采集传输模块2，数据采集传输模块2将数据传输给多机数据并行处理系统3，多机数据并行处理系统3将处理后的数据传输至机床数控系统5。

所述多机数据并行处理系统3包括主工控机301和若干辅助工控机302，主工控机301和若干辅助工控机302之间通过以太网进行实时通信。所述主工控机301将信息发送至触摸显示屏4，触摸显示屏4作为人机交互界面，用以设置监控参数和显示监控信号。

所述主工控机301设置有数据通信、信号接收处理和停机信号判断发送的并行执行程序或线程，辅助工控机302设置有数据通信、信号接收处理的并行执行程序或线程。

实施例2：

本实施例公开了一种适用于复杂曲面铣削加工的时变切削条件铣削刀具破损检测方法，基于实施例1所述的刀具破损检测系统，包括以下步骤：

1)获取刀具的破损特征信号，包括如下步骤：

1-1)启动所述机床，调节主轴8的旋转频率为w_n/60，w_n为主轴转速，单位r/min。刀具齿数为z₁，设置主轴转速使主轴旋转基频及倍频避开刀具-刀柄-主轴系统X方向的各阶固有频率为w_x1、w_x2…w_xk，Y方向的各阶固有频率w_y1、w_y2、…、w_yk，考虑锤击模态实验与计算误差，主轴转速w_n满足如下条件：

其中：j＝1,2,...,m；

i＝1,2,...,k；

为X或Y方向的各阶固有频率，

Δw'为50-100Hz，m为2z₁，k由锤击模态实验数据分析获得；参见图11，为刀具刀柄示意图；

1-2)所述加速度传感器模块1对X、Y方向的振动加速度进行采集，时间T内实际采样数据点数为N'＝f_sT，T为主轴旋转周期，通过补充一定数量的0，数量为N₀，使其长度达到需要的点数，以细分频率；频率分辨理论值设为ff＝0.5Hz，则总数据点数为N'+N₀＝int(f_s/ff+1)，实际频率分辨为f_s/(N'+N₀)；

1-3)基于采样得到的振动加速度数字信号点，做FFT变换，得到N'+N₀个点的FFT结果，用复数a+bi表示点n，模值为

对于n＝1点的信号，是幅度为A₁/(N'+N₀)的直流分量，对于n点n≠1，且n<＝(N'+N₀)/2对应的信号的表达式为：

a_gn＝2A_ncos(2p_if_nt+P_n)/(N'+N₀)

其中，f_n＝(n-1)×f_s÷(N'+N₀)，f_n为点n所表示的频率；P_n＝atan2(b,a)，P_n是相位；

1-4)对于X、Y方向的信号，在FFT变换后，取区间[lw_n/60-Δw,lw_n/60+Δw]内的信号。Δw为5ff；然后将这些信号合成，合成信号为：

其中：f_n∈[lw_n/60-Δw,lw_n/60+Δw]；

l∈{1,2,...,m}；

1-5)对合成信号进行采样，采主轴旋转周期T长度内的数据，采样频率为f_s；采用五点三次平滑法对采样获取的时域上离散信号数据进行三次最小二乘多项式平滑，过滤信号中的随机高频分量，使时域曲线更加平滑。五点三次平滑法的计算公式如下：

式中：a_o为原始数据，a_d为平滑后信号，M是离散点数据的个数；

1-6)将平滑后的合成信号作为刀具破损的加速度特征信号，并计算T内的N个信号波幅的最大值A_Xmax和A_Ymax及最大差值e_Xmax和e_Ymax。

2)分析、判断刀具破损，参见图3，包括以下步骤：

2-1)所述加速度传感器模块1采集出周期T内主轴8的振动加速度特征信号数据并作为基本单元进行分析，信号采集分析方式为循环性地记录、存储、分析与删除记录的数据点；参见图4，为振动加速度信号组成。

2-2)参见图2，为减小由于数据处理时间而带来的分析信号间隙及系统反应延迟，系统采取多机并行处理，所述主工控机301和s个辅助工控机302并行处理分析数据，则连续分析的信号时间长度为sT；其中，所述多机数据并行处理系统3对数据的处理过程如下：

2-2-1)开始监控时，所述主工控机301接收记录信号数据。直到记录时间T内的信号，所述主工控机301向相邻的下一个辅助工控机302发送信号接收指令，同时停止接收信号转为信号处理；

2-2-2)所述辅助工控机302接收信号，直到时间T内的信号被接收。所述辅助工控机302向相邻的下一个辅助工控机发送信号接收指令，若该辅助工控机为末端机，则向主工控机301发送信号接收指令，同时，停止接收信号转为信号处理；

2-2-3)每个所述辅助工控机302将信号处理结果发送至主工控机301，主工控机301以与信号接收、处理过程并行的方式对所有的信号处理结果进行当前次停机条件判断；若处理结果满足停机条件，则主工控机301向机床数控系统5发送急停信号；若处理结果不满足停机条件，则重复步骤2-2-1)至2-2-3)，继续监控；

2-3)计算周期T内的N个信号波幅的最大值之和(A_Xmax+A_Ymax)与最大差值之和(e_Xmax+e_Ymax)的比值：

P＝(e_Xmax+e_Ymax)/(A_Xmax+A_Ymax)

2-4)对刀具的破损进行判断：若所述主工控机301和所有辅助工控机302处理得到的对应次的信号结果均满足P>P_limit，则判定刀具破损；参见图8，为刀片未破损时信号示意图；参见图9，为刀片破损时信号示意图。

参见图5，刀具-刀柄-主轴系统的主轴转速集合{w_n}的标定方法包括以下步骤：

4-1)对选定的刀具-刀柄-主轴系统进行锤击模态实验，所述加速度传感器模块1安装在与后面监控时相同的主轴位置，在刀具切削力受力区域用力锤分别沿X向、Y向以及与X向成45度的方向敲击3次进行实验；

4-2)取每次的分析结果的平均值作为最终值，得到刀具-刀柄-主轴系统在X、Y方向的各阶固有频率{w_x}＝{1182.55,1696.23,2163.97}与{w_y}＝{1176.13,1605.91,2103.69}，刀具齿数为z₁＝4，则m＝8；k＝3，设Δw’为100Hz；则主轴转速集合{w_n}(r/min)为：

4-3)在可行的范围内选取多组轴向铣削深a_p、径向切宽a_b和进给速度feed和主轴转速w_n组合作为铣削条件{(a_p1,a_b1,feed₁,w_n1),…,(a_pc,a_bc,feed_c,w_nc)}；参见图7，为刀具破损后铣削过程切屑厚度示意图。

参见图5，f_s的确定方法包括以下步骤：

5-1)设置系统参数Δw，m，ff；

5-2)设置f_s＝10f_z；

5-3)参见表1，设置铣削条件为(0.5,5,1000,1000)；参见图6，为变切削条件铣削示意图；参见图10，为叶片复杂曲面工件粗铣加工过程切削条件变化示意图；

5-4)监控正常刀具的铣削振动，检查判断特征信号情况。参见图8，若特征信号近似正余弦波且主轴旋转周期T内刀齿数个特征信号波波形基本一致，则测试下一个铣削条件。否则，令fs＝fs+10fz，重新测试；

5-5)直到所有铣削条件被测试完，确定当前刀具-刀柄-主轴系统下的fs＝40fz。

表1铣削条件

序号	a<sub>p</sub>(mm)	a<sub>b</sub>(mm)	feed(mm/min)	w<sub>n</sub>(r/min)
					1	0.5	5	1000	1000
2	0.5	5	2000	1500
					3	0.5	10	2000	2000
4	1	10	3000	2500
					5	1	15	2000	3000
6	1	15	3000	4000
					7	1.5	10	3000	4500
8	1.5	15	4000	5000

参见图5，P_limit的确定方法包括以下步骤：

6-1)设置好除P_limit的其他系统参数；

6-2)参见图12，选取2组不同破损程度的刀具Cutters₁,Cutters₂；

6-3)选择刀具组Cutters₁，在表1的各铣削条件下进行铣削试验。在每种情况，分析计算主轴旋转周期T内X和Y方向振动信号的4个特征信号波的最大波幅值A_Xmax、A_Ymax的平均值与波幅最大差值e_Xmax和e_Ymax的平均值的比值P＝(e_Xmax+e_Ymax)/(A_Xmax+A_Ymax)，得到比值集合{0.437,0.472,0.389,0.453,0.501,0.397,0.432,0.386}；

6-4)选择刀具组Cutters₂，同步骤6-3)，在各铣削条件下进行铣削试验，得到比值集合{0.529,0.495,0.479,0.583,0.541,0.497,0.543,0.491}；

6-5)取集合中所有元素的平均值作为该刀具-刀柄-主轴系统的P_limit＝0.476。

Claims (5)

1.用于复杂曲面铣削加工的时变切削条件刀具破损检测方法，其特征在于：基于一种检测系统，该检测系统包括加速度传感器模块(1)、数据采集传输模块(2)、多机数据并行处理系统(3)和触摸显示屏(4)；

机床设置到空间直角坐标系O-XYZ中，机床的刀轴与Z轴平行，X轴和Y轴均与机床的刀轴的垂直；所述加速度传感器模块通过强磁吸脚(11)吸附在机床的主轴(8)下表面，加速度传感器模块将数据传输给数据采集传输模块(2)，数据采集传输模块(2)将数据传输给多机数据并行处理系统(3)，多机数据并行处理系统(3)将处理后的数据传输至机床数控系统(5)；

所述多机数据并行处理系统(3)包括主工控机(301)和若干辅助工控机(302)，主工控机(301)和若干辅助工控机(302)之间进行实时通信；所述主工控机(301)通过触摸显示屏(4)将数据信息进行显示；

所述检测方法包括以下步骤：

1)获取刀具的破损特征信号，包括如下步骤：

1-1)启动所述机床，调节主轴(8)的旋转频率为w_n/60，w_n为主轴转速，单位r/min；刀具齿数为z₁，设置主轴转速使主轴旋转基频及倍频避开刀具-刀柄-主轴系统X方向的各阶固有频率为w_x1、w_x2、…、w_xk，Y方向的各阶固有频率w_y1、w_y2、…、w_yk，主轴转速w_n满足如下条件：

其中：j＝1,2,...,m；

i＝1,2,...,k；

为X或Y方向的各阶固有频率，

Δw'为50-100Hz，m为2z₁，k由锤击模态实验数据分析获得；

1-2)所述加速度传感器模块(1)对X、Y方向的振动加速度进行采集，采样频率为f_s，f_s为刀齿频率f_z的10-100倍，时间T内实际采样数据点数为N'＝f_sT，T为主轴旋转周期；通过补充一定数量的0，数量为N₀，使其长度达到需要的点数，以细分频率；频率分辨理论值设为ff＝0.5Hz，则总数据点数为N'+N₀＝int(f_s/ff+1)，实际频率分辨为f_s/(N'+N₀)；

1-3)基于采样得到的振动加速度数字信号点，做FFT变换，得到N'+N₀个点的FFT结果，用复数a+bi表示点n，模值为

对于n＝1点的信号，是幅度为A₁/(N'+N₀)的直流分量，对于n点(n≠1，且n<＝(N'+N₀)/2对应的信号的表达式为：

a_gn＝2A_ncos(2p_if_nt+P_n)/(N'+N₀)

其中，f_n＝(n-1)×f_s÷(N'+N₀)，f_n为点n所表示的频率；P_n＝atan2(b,a)，P_n是相位；

1-4)对于X、Y方向的信号，在FFT变换后，取区间[lw_n/60-Δw,lw_n/60+Δw]内的信号；Δw为5ff；然后将这些信号合成，合成信号为

其中：f_n∈[lw_n/60-Δw,lw_n/60+Δw]；

l∈{1,2,...,m}；

1-5)对合成信号进行采样，采主轴旋转周期T长度内的数据，采样频率为f_s；采用五点三次平滑法对采样获取的时域上离散信号数据进行三次最小二乘多项式平滑，过滤信号中的随机高频分量，使时域曲线更加平滑；五点三次平滑法的计算公式如下：

式中：a_o为原始数据，a_d为平滑后信号，M是离散点数据的个数；

1-6)将平滑后的合成信号作为刀具破损的加速度特征信号，并计算T内的N个信号波幅的最大值A_Xmax和A_Ymax及最大差值e_Xmax和e_Ymax；

2)分析、判断刀具破损，包括以下步骤：

2-1)所述加速度传感器模块(1)采集出周期T内主轴(8)的振动加速度特征信号数据并作为基本单元进行分析；

2-2)所述主工控机(301)和s个辅助工控机(302)并行处理分析数据，则连续分析的信号时间长度为sT；其中，所述多机数据并行处理系统(3)对数据的处理过程如下：

2-2-1)开始监控时，所述主工控机(301)接收记录信号数据；直到记录时间T内的信号，所述主工控机(301)向相邻的下一个辅助工控机(302)发送信号接收指令，同时停止接收信号转为信号处理；

2-2-2)所述辅助工控机(302)接收信号，直到时间T内的信号被接收；所述辅助工控机(302)向相邻的下一个辅助工控机发送信号接收指令，若该辅助工控机为末端机，则向主工控机(301)发送信号接收指令，同时，停止接收信号转为信号处理；

2-2-3)每个所述辅助工控机(302)将信号处理结果发送至主工控机(301)，主工控机(301)的信号接收和处理采用并行的方式，并对所有的信号处理结果进行当前次停机条件判断；若处理结果满足停机条件，则主工控机(301)向机床数控系统(5)发送急停信号；若处理结果不满足停机条件，则重复步骤2-2-1)至2-2-3)，继续监控；

2-3)计算周期T内的N个信号波幅的最大值之和(A_Xmax+A_Ymax)与最大差值之和(e_Xmax+e_Ymax)的比值，作为判断量：

P＝(e_Xmax+e_Ymax)/(A_Xmax+A_Ymax)

2-4)对刀具的破损进行判断：若所述主工控机(301)和所有辅助工控机(302)处理得到的对应次的信号结果均满足P>P_limit，则判定刀具破损。

2.根据权利要求1所述的用于复杂曲面铣削加工的时变切削条件刀具破损检测方法，其特征在于：所述主工控机(301)设置有数据通信、信号接收处理和停机信号判断发送的并行执行程序或线程，辅助工控机(302)设置有数据通信、信号接收处理的并行执行程序或线程。

3.根据权利要求1所述的用于复杂曲面铣削加工的时变切削条件刀具破损检测方法，其特征在于：刀具-刀柄-主轴系统的主轴转速集合{w_n}的标定方法包括以下步骤：

4-1)对选定的刀具-刀柄-主轴系统进行锤击模态实验，所述加速度传感器模块(1)安装在与后面监控时相同的主轴位置，在刀具切削力受力区域用力锤分别沿X向、Y向以及与X向成45度的方向敲击3次进行实验；

4-2)取每次的分析结果的平均值作为最终值，得到刀具-刀柄-主轴系统在X、Y方向的各阶固有频率{w_x1,w_x2,…,w_xk}与{w_y1,w_y2,…,w_yk}，根据实际情况确定适用的主轴转速集合{w_n}；

4-3)在可行的范围内选取多组轴向铣削深a_p、径向切宽a_b和进给速度feed和主轴转速w_n组合作为铣削条件{(a_p1,a_b1,feed₁,w_n1),…,(a_pc,a_bc,feed_c,w_nc)}。

4.根据权利要求1所述的用于复杂曲面铣削加工的时变切削条件刀具破损检测方法，其特征在于：f_s的确定方法包括以下步骤：

5-1)设置系统参数Δw，m，ff；

5-2)设置f_s＝10f_z；

5-3)设置铣削条件为(a_p1,a_b1,feed₁,w_n1)；

5-4)监控正常刀具的铣削振动，检查判断特征信号情况；若特征信号近似正余弦波且主轴旋转周期T内刀齿数个特征信号波波形基本一致，则测试下一个铣削条件；否则，令fs＝fs+10fz，重新测试；

5-5)直到所有铣削条件被测试完，确定当前刀具-刀柄-主轴系统下的fs。

5.根据权利要求1所述的用于复杂曲面铣削加工的时变切削条件刀具破损检测方法，其特征在于：P_limit的确定方法包括以下步骤：

6-1)设置好除P_limit的其他系统参数；

6-2)选取几组不同破损程度的刀具{Cutters₁,…,Cutters_d}；

6-3)选择刀具组Cutters₁，在各铣削条件{(a_p1,a_b1,feed₁,w_n1),…,(a_pc,a_bc,feed_c,w_nc)}进行铣削试验；在每种情况，分析计算主轴旋转周期T内X和Y方向振动信号的刀齿数个信号波的最大波幅值及其差值，根据P＝(e_Xmax+e_Ymax)/(A_Xmax+A_Ymax)得到集合{P_max1,1,…,P_max1,c}；

6-4)依次选择刀具组Cutters₂,…,Cutters_d，同步骤6-3)，在各铣削条件下进行铣削试验，得到集合{P_max2,1,…,P_max2,c,…,P_maxd,1,…,P_maxd,c}；

6-5)取集合{P_max1,1,…,P_max1,c,…,P_maxd,1,…,P_maxd,c}的所有元素的平均值作为当前刀柄刀具组合的P_limit值。

Images