CN116852171A - 刀具状态监测方法以及刀具状态监测装置 - Google Patents

刀具状态监测方法以及刀具状态监测装置 Download PDF

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陈新春
邹梁
蹤雪梅
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Abstract

本发明公开了一种刀具状态监测方法以及刀具状态监测装置。刀具状态监测方法通过实时监测插齿刀具在齿圈加工过程中的用电数据，利用该用电数据获得刀具状态特征值，然后将实时获取的最大的刀具状态特征值和刀具标准状态特征值进行对比来对插齿刀具是否磨损进行初步判断，并进一步地根据刀具状态特征值的平均值来进一步计算加工齿圈的精度值是否满足切削条件以避免仅根据刀具状态特征值进行判断而导致的误判，提高对插齿刀具磨损状态监测的准确性。而且本发明实施例的刀具状态监测装置利用用电数据对插齿刀具的磨损状态进行实时监测，准确度较高，进而避免由人工观察提前换刀而导致的对刀具使用寿命的浪费。

Description

刀具状态监测方法以及刀具状态监测装置
技术领域
本发明涉及一种刀具状态监测方法以及刀具状态监测装置。
背景技术
齿圈的插齿加工过程往往长达六、七个小时，单个齿圈的切削加工时间长，刀具长期处于较高温度状态，加快了刀具的磨损进程。现有技术中一般通过人工观察来获取刀具的磨损程度。这样导致工人无法准确把握换刀时机，造成插齿刀具使用寿命的浪费。因此如何能准确对插齿刀具的磨损状态进行准确监测是亟待解决的问题。
在此需要说明的是，该背景技术部分的陈述仅提供与本发明有关的背景技术，并不必然构成现有技术。
发明内容
本发明提供一种刀具状态监测装置以及刀具状态监测方法，以实现对刀具磨损状态的准确监测。
本发明第一方面提供一种刀具状态监测方法，包括如下步骤:
实时获取插齿刀具旋转的用电数据；
对用电数据进行切片以获取多个刀具状态特征值；
将多个刀具状态特征值中数值最大的刀具状态特征值和刀具标准状态特征值进行对比以初步判断插齿刀具是否磨损；以及
获取多个刀具状态特征值的平均特征值并根据平均特征值预测计算加工齿圈的精度值并根据精度值判断插齿刀具是否满足切削条件。
在一些实施例中，对用电数据进行切片以获取多个刀具状态特征值包括：根据插齿刀具旋转一圈的耗时频率对用电数据进行切片，并对切片数据进行积分来获得刀具状态特征值；以及根据加工一个齿圈工件的耗时频率对用电数据进行切片来获得多个刀具状态特征值。
在一些实施例中，根据平均特征值预测计算加工齿圈的精度值并根据精度值判断插齿刀具是否满足切削条件包括：建立加工齿圈的精度值和刀具状态特征值之间的映射关系模型，并根据映射关系模型和平均特征值预测加工齿圈的精度值。
在一些实施例中，采用多项式回归法拟合曲线以获得加工齿圈的精度值和刀具状态特征值之间的映射关系模型。
本发明第二方面提供一种刀具状态监测装置，用于对插齿刀具在齿圈加工过程中的磨损状态进行监测，插齿刀具在齿圈加工过程中旋转多圈，包括：
数据采集模块，被配置为实时获取插齿刀具旋转的用电数据；
数据处理模块，被配置为对用电数据进行切片以获取多个刀具状态特征值；和
数据分析模块，被配置为将多个刀具状态特征值中数值最大的刀具状态特征值和刀具标准状态特征值进行对比以初步判断插齿刀具是否磨损，且获取多个刀具状态特征值的平均特征值并根据平均特征值预测计算加工齿圈的精度值并根据精度值判断插齿刀具是否满足切削条件。
在一些实施例中，用电数据包括插齿刀具的驱动轴电压和驱动轴电流；或者，用电数据包括插齿刀具的驱动轴功率。
在一些实施例中，数据处理模块被配置为根据插齿刀具旋转一圈的耗时频率对用电数据进行切片，并对切片数据进行积分来获得刀具状态特征值。
在一些实施例中，数据处理模块还被配置为根据加工一个齿圈工件的耗时频率对用电数据进行切片来获得多个刀具状态特征值。
在一些实施例中，数据分析模块被配置为根据平均特征值预测计算加工齿圈的精度值包括：建立加工齿圈的精度值和刀具状态特征值之间的映射关系模型，并根据映射关系模型和平均特征值预测加工齿圈的精度值。
在一些实施例中，建立加工齿圈的精度值和刀具状态特征值之间的映射关系模型包括：采用多项式回归法拟合曲线以获得加工齿圈的精度值和刀具状态特征值之间的映射关系模型。
基于本发明提供的技术方案，刀具状态监测方法通过实时监测插齿刀具在齿圈加工过程中的用电数据，利用该用电数据获得刀具状态特征值，然后将实时获取的最大的刀具状态特征值和刀具标准状态特征值进行对比来对插齿刀具是否磨损进行初步判断，并进一步地根据刀具状态特征值的平均值来进一步计算加工齿圈的精度值是否满足切削条件以避免仅根据刀具状态特征值进行判断而导致的误判，提高对插齿刀具磨损状态监测的准确性。而且本发明实施例的刀具状态监测装置利用用电数据对插齿刀具的磨损状态进行实时监测，准确度较高，进而避免由人工观察提前换刀而导致的对刀具使用寿命的浪费。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例的插齿刀具在加工齿圈时的状态图。
图2为本发明实施例的刀具状态监测装置的结构示意图。
图3为本发明实施例的刀具状态监测方法的步骤图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
在一些实施例中，如图1和图2所示，齿圈加工设备1包括插齿机床13、机床主轴12和插齿刀具11。机床主轴12为插齿刀具11提供安装位置并驱动插齿刀具11旋转进行切削加工。通常插齿刀具11加工完一个齿圈3需要旋转多圈。
如图2所示，本发明实施例提供一种刀具状态监测装置2，用于对插齿刀具11在齿圈加工过程中的磨损状态进行监测。插齿刀具11在齿圈加工过程中旋转多圈。刀具状态监测装置2包括数据采集模块23、数据处理模块22和数据分析模块21。数据采集模块23被配置为实时获取插齿刀具11旋转的用电数据。数据处理模块22被配置为对用电数据进行切片以获取多个刀具状态特征值。数据分析模块21被配置为将多个刀具状态特征值中数值最大的刀具状态特征值和刀具标准状态特征值进行对比以初步判断插齿刀具是否磨损，且获取多个刀具状态特征值的平均特征值并根据平均特征值预测计算加工齿圈的精度值并根据精度值判断所述插齿刀具是否满足切削条件。
本发明实施例的刀具状态监测装置2通过实时监测插齿刀具11在齿圈加工过程中的用电数据，利用该用电数据获得刀具状态特征值，然后将实时获取的最大的刀具状态特征值和刀具标准状态特征值进行对比来对插齿刀具是否磨损进行初步判断，并进一步地根据刀具状态特征值的平均特征值来进一步计算加工齿圈的精度值是否满足切削条件以避免仅根据刀具状态特征值进行判断而导致的误判，提高对插齿刀具磨损状态监测的准确性。而且本发明实施例的刀具状态监测装置2利用用电数据对插齿刀具的磨损状态进行实时监测，准确度较高，进而避免由人工观察提前换刀而导致的对刀具使用寿命的浪费。
其中获取多个刀具状态特征值的平均特征值指的是获取多个刀具状态特征值的平均值。
在一些实施例中，用电数据包括插齿刀具11的驱动轴电压和驱动轴电流。用电数据包括插齿刀具的驱动轴功率。也就是说数据采集模块23用于采集插齿刀具11加工过程中的负载耗电数据，具体地可以是刀具所在主轴的电流值、电压值和功率值。
在一些实施例中，数据处理模块被配置为根据插齿刀具旋转一圈的耗时频率对用电数据进行切片，并对切片数据进行积分来获得刀具状态特征值。根据刀具旋转一圈的耗时频率，对连续的负载耗电数据进行切片，并进行积分操作获得刀具状态特征值，
具体地，刀具状态特征值包括负载耗电量，具体地，负载耗电量W的计算公式为：
P为刀具所在的机床主轴功率，U为机床主轴电压，I为机床主轴电流，t1为刀具旋转一圈的开始时间点，t2为刀具旋转一圈的结束时间点。
在一些实施例中，数据处理模块还被配置为根据加工一个齿圈工件的耗时频率对用电数据进行切片来获得多个刀具状态特征值。并对多个刀具状态特征值中的最大的刀具状态特征值与刀具标准状态特征值进行比较以判断刀具是否磨损。
例如，若最大的刀具状态特征值大于刀具标准状态特征值，则初步判断刀具处于磨损状态。若刀具状态特征值小于等于刀具标准状态特征值，则初步判断刀具处于未磨损状态，可继续使用。
其中，刀具标准状态特征值是在实际加工过程中获取在一把旧刀换刀之前进行切削加工的负载耗电数据。此处需要说明的是该一把旧刀是否要换刀是根据其加工出的齿圈精度是否符合要求来进行判断的，而不是通过人工判断的，所以此刀具标准状态特征值所对应的刀具状态是符合对刀具用到磨损状态的要求的。
在研究过程中，发明人发现由于负载的耗电数据受各种环境因素的影响，所以其变动比较大，所以可能存在利用耗电数据判断刀具处于磨损状态，但是实际上刀具未达到磨损状态的情况。
针对以上问题，为了进一步提高判断的准确率以防止误判，在一些实施例中，数据分析模块被配置为根据多个刀具状态特征值的平均特征值预测计算加工齿圈的精度值包括：建立加工齿圈的精度值和刀具状态特征值之间的映射关系模型，并根据映射关系模型和平均特征值预测加工齿圈的精度值。其中，齿圈的精度值包括齿形误差值、齿向误差值和周节误差值。
在一些实施例中，建立加工齿圈的精度值和刀具状态特征值之间的映射关系模型包括：采用多项式回归法拟合曲线以获得加工齿圈的精度值和刀具状态特征值之间的映射关系模型。
设加工完第i个齿圈的工件状态特征值为xi，其对应的齿形误差值为yi，齿向误差值为si，周节累积误差值为zi。采用多项式回归法拟合曲线，如公式(2)(3)(4)。
y(x)＝a0+a1x+a2x2+...+amxm (m<n-1) (2)
s(x)＝b0+b1x+b2x2+...+blxl (l<n-1) (3)
z(x)＝c0+c1x+c2x2+...+crxr (r<n-1) (4)
式中，各系数通过公式(5)(6)(7)进行计算得出。
通过在实际加工多个齿圈获得的数据代入到上述公式中以实现对上述各个系数的计算。
如图3所示，本发明实施例还提供一种刀具状态监测方法，包括如下步骤:
S301，实时获取插齿刀具旋转的用电数据；
S302，对用电数据进行切片以获取多个刀具状态特征值；
S303，将多个刀具状态特征值中数值最大的刀具状态特征值和刀具标准状态特征值进行对比以初步判断插齿刀具是否磨损；以及
S304，获取多个刀具状态特征值的平均特征值并根据平均特征值预测计算加工齿圈的精度值并根据精度值判断插齿刀具是否满足切削条件。
本发明实施例的刀具状态监测方法通过实时监测插齿刀具在齿圈加工过程中的用电数据，利用该用电数据获得刀具状态特征值，然后将实时获取的最大的刀具状态特征值和刀具标准状态特征值进行对比来对插齿刀具是否磨损进行初步判断，并进一步地根据刀具状态特征值的平均特征值来进一步计算加工齿圈的精度值是否满足切削条件以避免仅根据刀具状态特征值进行判断而导致的误判，提高对插齿刀具磨损状态监测的准确性。而且本发明实施例的刀具状态监测方法利用用电数据对插齿刀具的磨损状态进行实时监测，准确度较高，进而避免由人工观察提前换刀而导致的对刀具使用寿命的浪费。
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；尽管参照较佳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对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种刀具状态监测方法，其特征在于，包括如下步骤:
实时获取插齿刀具旋转的用电数据；
对所述用电数据进行切片以获取多个刀具状态特征值；
将所述多个刀具状态特征值中数值最大的刀具状态特征值和刀具标准状态特征值进行对比以初步判断插齿刀具是否磨损；以及
获取所述多个刀具状态特征值的平均特征值并根据平均特征值预测计算加工齿圈的精度值并根据所述精度值判断所述插齿刀具是否满足切削条件。
2.根据权利要求1所述的刀具状态监测方法，其特征在于，对所述用电数据进行切片以获取多个刀具状态特征值包括：根据插齿刀具旋转一圈的耗时频率对所述用电数据进行切片，并对切片数据进行积分来获得刀具状态特征值；以及根据加工一个齿圈工件的耗时频率对所述用电数据进行切片来获得多个刀具状态特征值。
3.根据权利要求1所述的刀具状态监测方法，其特征在于，根据平均特征值预测计算加工齿圈的精度值并根据所述精度值判断所述插齿刀具是否满足切削条件包括：建立所述加工齿圈的精度值和所述刀具状态特征值之间的映射关系模型，并根据所述映射关系模型和所述平均特征值预测加工齿圈的精度值。
4.根据权利要求3所述的刀具状态监测方法，其特征在于，采用多项式回归法拟合曲线以获得加工齿圈的精度值和刀具状态特征值之间的映射关系模型。
5.一种刀具状态监测装置，用于对插齿刀具在齿圈加工过程中的磨损状态进行监测，所述插齿刀具在齿圈加工过程中旋转多圈，其特征在于，包括：
数据采集模块，被配置为实时获取插齿刀具旋转的用电数据；
数据处理模块，被配置为对所述用电数据进行切片以获取多个刀具状态特征值；和
数据分析模块，被配置为将所述多个刀具状态特征值中数值最大的刀具状态特征值和刀具标准状态特征值进行对比以初步判断插齿刀具是否磨损，且获取所述多个刀具状态特征值的平均特征值并根据平均特征值预测计算加工齿圈的精度值并根据所述精度值判断所述插齿刀具是否满足切削条件。
6.根据权利要求5所述的刀具状态监测装置，其特征在于，所述用电数据包括插齿刀具的驱动轴电压和驱动轴电流；或者，所述用电数据包括插齿刀具的驱动轴功率。
7.根据权利要求5所述的刀具状态监测装置，其特征在于，所述数据处理模块被配置为根据插齿刀具旋转一圈的耗时频率对所述用电数据进行切片，并对切片数据进行积分来获得刀具状态特征值。
8.根据权利要求7所述的刀具状态监测装置，其特征在于，所述数据处理模块还被配置为根据加工一个齿圈工件的耗时频率对所述用电数据进行切片来获得多个刀具状态特征值。
9.根据权利要求5所述的刀具状态监测装置，其特征在于，所述数据分析模块被配置为根据平均特征值预测计算加工齿圈的精度值包括：建立所述加工齿圈的精度值和所述刀具状态特征值之间的映射关系模型，并根据所述映射关系模型和所述平均特征值预测加工齿圈的精度值。
10.根据权利要求5所述的刀具状态监测装置，其特征在于，建立所述加工齿圈的精度值和所述刀具状态特征值之间的映射关系模型包括：采用多项式回归法拟合曲线以获得加工齿圈的精度值和刀具状态特征值之间的映射关系模型。
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