CN114227381A - 机床刀具磨损检测方法 - Google Patents

机床刀具磨损检测方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114227381A
CN114227381A CN202111608109.XA CN202111608109A CN114227381A CN 114227381 A CN114227381 A CN 114227381A CN 202111608109 A CN202111608109 A CN 202111608109A CN 114227381 A CN114227381 A CN 114227381A
Authority
CN
China
Prior art keywords
wear
machine tool
same
current
tool
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202111608109.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN114227381B (zh
Inventor
朱伟
许海峰
王威
金丽丽
赵瑜
颜建国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Research Institute of Zhejiang University Taizhou
Original Assignee
Research Institute of Zhejiang University Taizhou
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Research Institute of Zhejiang University Taizhou filed Critical Research Institute of Zhejiang University Taizhou
Priority to CN202111608109.XA priority Critical patent/CN114227381B/zh
Publication of CN114227381A publication Critical patent/CN114227381A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114227381B publication Critical patent/CN114227381B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q17/00—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools
    • B23Q17/09—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool
    • B23Q17/0952—Arrangements for observing, indicating or measuring on machine tools for indicating or measuring cutting pressure or for determining cutting-tool condition, e.g. cutting ability, load on tool during machining
    • B23Q17/0957—Detection of tool breakage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Machine Tool Sensing Apparatuses (AREA)

Abstract

本发明公开了一种机床刀具磨损检测方法，包括以下步骤：（1）设置多种加工条件，每种加工条件采用相同的加工参数，在不同种的加工条件中，相同加工参数的取值不同；（2）在每种加工条件下使用至少一把新的机床刀具进行检测，连续获取刀具全生命周期中各时刻的机床主轴电流，形成电流训练数据；（3）根据所述电流训练数据获得机床主轴电流与刀具磨损度及剩余寿命之间关系的磨损度判断模型；（4）根据加工状态下的机床主轴电流及所述磨损度判断模型确定机床刀具的磨损度及剩余寿命。本发明能在相同的加工参数状态下，通过加工电流值即可推算刀具磨损度及剩余寿命，从而大大减少计算量和计算时间。

Description

机床刀具磨损检测方法
技术领域
本发明涉及一种机床刀具磨损检测方法，属于智能检测领域。
背景技术
现有的刀具磨损检测方法采用电流、振动、切削力和声音等数据先做小波分析，获得对应特征值后输入神经网络，经过训练得到一个相对精度较高的模型。数据训练量大，而且实际应用过程中需要大量实时计算，同时需要昂贵的测试设备，导致成本增加。
发明内容
本发明的目的是解决上述背景技术中提及的缺陷。
为实现上述发明目的，本发明提供一种机床刀具磨损检测方法，包括以下步骤：(1)设置多种加工条件，每种加工条件采用相同的加工参数，在不同种的加工条件中，相同加工参数的取值不同；(2)在每种加工条件下使用至少一把新的机床刀具进行检测，连续获取刀具全生命周期中各时刻的机床主轴电流，形成电流训练数据；(3)根据所述电流训练数据获得机床主轴电流与刀具磨损度及剩余寿命之间关系的磨损度判断模型；(4)根据加工状态下的机床主轴电流及所述磨损度判断模型确定机床刀具的磨损度及剩余寿命。
进一步地，所述加工参数包括转速、进给量和背吃刀量三者至少之一。
进一步地，所述刀具磨损度包括初期磨损、正常磨损和急剧磨损；其中，初期磨损的后刀面磨损量为0.05mm-0.1mm，急剧磨损的后刀面磨损量大于0.3mm，正常磨损的后刀面磨损量介于初期磨损和急剧磨损之间。
进一步地，所述刀具全生命周期为从新刀时刻至所述急剧磨损的时刻。
进一步地，对同一种机床刀具，其全生命周期的总消耗功率相同。
进一步地，对同一种机床刀具中的两把刀具，消耗功率相同时其磨损度相同，反之，磨损度相同时其消耗功率相同。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
能在相同的加工参数状态下，通过加工电流值即可推算刀具磨损度及剩余寿命，从而大大减少计算量和计算时间。
附图说明
图1是本发明一个实施例中刀具磨损量和切削时间关系示意图；
图2是本发明一个实施例中刀具寿命和加工电流关系图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明机床刀具磨损检测方法的一个实施例，步骤如下：(1)设置多种加工条件，每种加工条件采用相同的加工参数，在不同种的加工条件中，相同加工参数的取值不同；(2)在每种加工条件下使用至少一把新的机床刀具进行检测，连续获取刀具全生命周期中各时刻的机床主轴电流，形成电流训练数据；(3)根据所述电流训练数据获得机床主轴电流与刀具磨损度及剩余寿命之间关系的磨损度判断模型；(4)根据加工状态下的机床主轴电流及所述磨损度判断模型确定机床刀具的磨损度及剩余寿命。
在本发明的一个实施例中，所述加工参数包括转速、进给量和背吃刀量三者至少之一。
在本发明的一个实施例中，所述刀具磨损度包括初期磨损、正常磨损和急剧磨损；其中，初期磨损的后刀面磨损量为0.05mm-0.1mm，急剧磨损的后刀面磨损量大于0.3mm，正常磨损的后刀面磨损量介于初期磨损和急剧磨损之间。
在本发明的一个实施例中，所述刀具全生命周期为从新刀时刻至所述急剧磨损的时刻。
在本发明的一个实施例中，对同一种机床刀具，其全生命周期的总消耗功率相同。
在本发明的一个实施例中，对同一种机床刀具中的两把刀具，消耗功率相同时其磨损度相同，反之，磨损度相同时其消耗功率相同。
在刀具生命周期T内，刀具切割被加工材质使用电流做功。在正常加工参数下，切削相同体积的材质需要的加工功率一致。同样可以反向考虑，当有相同磨损值时候，消耗功率相同。
Figure BDA0003430736710000031
其中P为切削功耗，K1和K2为常数，I、I′为机床主轴电流，t为时间。刀具在不同的电流I、I′下分别具有寿命T、T1，表明同一把刀具由于加工参数不同而具有不同寿命，但是消耗功率相同。
如图2所示，横轴为时间，纵轴为电流。下方刀具的寿命为6小时，电流和时间的关系式y＝x+1，上方刀具的寿命为4小时，电流和时间的关系式y＝4x。整个刀具生命周期中消耗功率相同，即两个三角形的面积相等。
不同的转速、进给量量和背吃刀量都会影响机床主轴电流，相同的转速、进给量和背吃刀量则意味着相近的磨损-时间曲线，如图1所示。
从图1中看出，刀具寿命期内，可以分成初期磨损，正常磨损和末期的急剧磨损。相同转速、进给量和背吃刀量情况下，同样的电流，刀具磨损度相同或相似。正常磨损阶段，后刀面磨损量和电流值呈线性关系VB＝A×I+B，其中VB为后刀面磨损值，I为电流值，A和B为常数。
已知加工参数和刀具材质的情况下，刀具磨损度可以根据刀具电流来评估，具体步骤如下：
1、为排除偶然因素影响，取3-5把刀进行测试刀具寿命，磨损至后刀面被磨损0.3mm为止。记录整个过程中的主轴电流值。根据公式(1)可以通过主轴电流计算消耗功率；
2、在换新刀过程中可以修改加工参数，比如进给量、背吃刀量和转速等至少之一，记录刀具寿命和电流，根据公式(1)计算消耗功率；
3、求步骤1和步骤2过程中消耗功率的平均值，获得该材质、型号刀具达到急剧磨损时所消耗的功率；
4、刀具在相同的加工参数状态下，通过加工电流值即可推算刀具磨损度和剩余寿命，从而大大减少计算量和计算时间。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种机床刀具磨损检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）设置多种加工条件，每种加工条件采用相同的加工参数，在不同种的加工条件中，相同加工参数的取值不同；
（2）在每种加工条件下使用至少一把新的机床刀具进行检测，连续获取刀具全生命周期中各时刻的机床主轴电流，形成电流训练数据；
（3）根据所述电流训练数据获得机床主轴电流与刀具磨损度及剩余寿命之间关系的磨损度判断模型；
（4）根据加工状态下的机床主轴电流及所述磨损度判断模型确定机床刀具的磨损度及剩余寿命。
2.根据权利要求1所述的机床刀具磨损检测方法，其特征在于，所述加工参数包括转速、进给量和背吃刀量三者至少之一。
3.根据权利要求1所述的机床刀具磨损检测方法，其特征在于，所述刀具磨损度包括初期磨损、正常磨损和急剧磨损；其中，初期磨损的后刀面磨损量为0.05mm-0.1mm，急剧磨损的后刀面磨损量大于0.3mm，正常磨损的后刀面磨损量介于初期磨损和急剧磨损之间。
4.根据权利要求3所述的机床刀具磨损检测方法，其特征在于，所述刀具全生命周期为从新刀时刻至所述急剧磨损的时刻。
5.根据权利要求1所述的机床刀具磨损检测方法，其特征在于，对同一种机床刀具，其全生命周期的总消耗功率相同。
6.根据权利要求1所述的机床刀具磨损检测方法，其特征在于，对同一种机床刀具中的两把刀具，消耗功率相同时其磨损度相同，反之，磨损度相同时其消耗功率相同。
CN202111608109.XA 2021-12-24 2021-12-24 机床刀具磨损检测方法 Active CN114227381B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111608109.XA CN114227381B (zh) 2021-12-24 2021-12-24 机床刀具磨损检测方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111608109.XA CN114227381B (zh) 2021-12-24 2021-12-24 机床刀具磨损检测方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114227381A true CN114227381A (zh) 2022-03-25
CN114227381B CN114227381B (zh) 2023-04-18

Family

ID=80763171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111608109.XA Active CN114227381B (zh) 2021-12-24 2021-12-24 机床刀具磨损检测方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114227381B (zh)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0165745A2 (en) * 1984-06-18 1985-12-27 Borg-Warner Corporation Cutting tool wear monitor
CN109277882A (zh) * 2018-09-25 2019-01-29 江苏西格数据科技有限公司 一种机床刀具监测系统
CN109465676A (zh) * 2018-09-13 2019-03-15 成都数之联科技有限公司 一种刀具寿命预测方法
CN111113150A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 北京航空航天大学 一种机床刀具状态的监控方法
CN111660141A (zh) * 2020-05-14 2020-09-15 北京工业大学 一种工况无关的基于主轴驱动电流的铣刀磨损状态识别方法
CN113560955A (zh) * 2021-06-09 2021-10-29 西安电子科技大学 一种数控机床刀具剩余使用寿命预测方法、系统及应用

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0165745A2 (en) * 1984-06-18 1985-12-27 Borg-Warner Corporation Cutting tool wear monitor
CN109465676A (zh) * 2018-09-13 2019-03-15 成都数之联科技有限公司 一种刀具寿命预测方法
CN109277882A (zh) * 2018-09-25 2019-01-29 江苏西格数据科技有限公司 一种机床刀具监测系统
CN111113150A (zh) * 2019-12-31 2020-05-08 北京航空航天大学 一种机床刀具状态的监控方法
CN111660141A (zh) * 2020-05-14 2020-09-15 北京工业大学 一种工况无关的基于主轴驱动电流的铣刀磨损状态识别方法
CN113560955A (zh) * 2021-06-09 2021-10-29 西安电子科技大学 一种数控机床刀具剩余使用寿命预测方法、系统及应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
敖银辉等: "钻头磨损检测与剩余寿命评估", 《机械工程学报》 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114227381B (zh) 2023-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109909804A (zh) 基于主轴驱动电流和工步的刀具磨损破损在线监测方法
CN111113150B (zh) 一种机床刀具状态的监控方法
CN107186547A (zh) 基于切削功率的数控车削批量加工刀具磨损在线监测方法
CN110421408B (zh) 一种刀具磨损状态的监测方法
CN108614522B (zh) 数控机床服役过程主轴系统能量效率在线监测方法
CN104281090A (zh) 一种数控机床系统的功率建模方法
CN106363374A (zh) 一种复杂压气机转子叶片型面的数控加工方法及装置
CN106021796B (zh) 一种铬钢叶片型面加工用球头铣刀的剩余寿命预测方法
WO1997025659B1 (en) Automatic monitoring of tool status
CN109754332B (zh) 基于切削力的机床铣削加工过程的能耗模型建模方法
CN113146359A (zh) 一种智能监测和诊断切削状态的数控机床控制系统
CN103419071A (zh) 一种能够提高刀具切削寿命的方法
CN103500251A (zh) 数控铣削中刀具切削用量的优化加工方法
CN107283219B (zh) 一种切削加工方法及装置
CN112100827B (zh) 考虑刀具磨损的机床铣削加工过程的功耗建模方法
CN114227381B (zh) 机床刀具磨损检测方法
CN113199304B (zh) 一种基于扩展卡尔曼滤波与切削力模型的换刀监测方法
CN114800040A (zh) 工艺-状态数据关联的刀具磨损监测方法及系统
CN107160239B (zh) 球头刀变刀轴方向控制刀具磨损的多轴加工方法
CN111266926B (zh) 一种精确监测机床主轴切削功率的方法及监测系统
CN108481087A (zh) 一种考虑应力集中效应的环形刀沟槽磨损预测方法
CN115716218A (zh) 一种数控刀具状态在线监控系统
CN107679330B (zh) 一种tbm刀盘系统破岩性能损耗程度的实时评价方法
CN112835326A (zh) 一种大型铸锻件加工智能化方法及系统
CN112526931B (zh) 一种船用柴油机机身孔系镗削加工过程质量控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant