铣削工件表面粗糙度变化的铣刀剩余寿命在线监测系统技术方案

铣削工件表面粗糙度变化的铣刀剩余寿命在线监测系统，涉及机械加工中关于铣刀的领域，包括中央处理单元和与其连接的显示装置，还包括与中央处理单元分别连接的刀具管理设备和表面粗糙度测量仪；刀具管理设备中载有加工工序表面粗糙度的设计值，并将设计值传输到中央处理单元；表面粗糙度测量仪用于实时测量工件表面粗糙度的实际值，并将实际值传输到中央处理单元；中央处理单元用于根据表面粗糙度的设计值和实际值计算出铣刀剩余寿命值，并将铣刀剩余寿命值传输到显示装置；实现了对铣刀寿命的在线监测功能，提高了对刀具剩余寿命预测的可靠性和准确性，能及时提醒用户更换刀具，既保证了加工工件的品质，也提高了刀具的利用率。

On-line Monitoring System of Milling Tool Residual Life for Surface Roughness Change of Milling Workpiece

The on-line monitoring system of milling tool residual life for surface roughness change of milling workpiece involves the field of milling cutter in mechanical processing, including the central processing unit and the display device connected with it, the tool management equipment and the surface roughness measuring instrument connected with the central processing unit respectively, and the tool management equipment contains the design value of surface roughness of the processing procedure, and will be set up. The value is transmitted to the central processing unit; the surface roughness measuring instrument is used to measure the actual value of the surface roughness of the workpiece in real time and transmit the actual value to the central processing unit; the central processing unit is used to calculate the residual life value of the milling cutter according to the design value and the actual value of the surface roughness, and transmit the residual life value of the milling cutter to the display device; the online monitoring of the life of the milling cutter is realized. The measuring function improves the reliability and accuracy of tool residual life prediction, and promptly reminds users to change tools. It not only ensures the quality of workpiece, but also improves the utilization rate of tools.

【技术实现步骤摘要】
铣削工件表面粗糙度变化的铣刀剩余寿命在线监测系统
本技术涉及机械加工中关于铣刀的领域，具体涉及一种关于铣削工件表面粗糙度变化的铣刀剩余寿命在线监测系统。
技术介绍
随着制造业中数控制造技术的快速发展，数控机床的运用更加普遍，自动化生产得到进一步发展，刀具作为制造系统中重要环节之一，也是寿命最为薄弱的环节，其寿命的预测在现代化生产过程中显得越来越重要。机械产品在不同的运行环境和条件下会表现不同的退化过程，因此现有的刀具剩余寿命预测系统，并不能完全发掘刀具剩余寿命，而且也不能保证加工工件的品质，且加工效率低下。铣刀损坏的主要原因是磨损和破损，刀具磨损是一个渐变演化过程。依据这个推理，现有刀具剩余寿命预测系统主要以刀具剩余加工次数/加工工件个数/加工时长作为寿命预测指标,刀具剩余寿命F为:F＝N-n，其中，N：刀具额定寿命规定的加工次数/加工工件个数/加工时长；n:刀具已使用的加工次数/加工工件个数/加工时长。但是现有刀具剩余寿命预测系统采用的剩余寿命预测方法大多建立在加工环境理想化的状况下，忽略了机械加工工艺参数、加工工件材料以及机床操作人员工作状态等外界因素对刀具寿命的影响，预测结果缺乏准确性，可靠性较低，没有科学合理利用刀具资源。另一方面，机械加工过程中刀具更换是否及时直接影响产品的加工效率。现有的刀具管理系统没有刀具更换提醒功能，在加工过程中经常出现刀具更换延迟现象。
技术实现思路
本技术的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供铣削工件表面粗糙度变化的铣刀剩余寿命在线监测系统，其可以在线监测铣刀的剩余寿命，可靠性和准确性高，而且能及时提醒用户更换刀具，既保证加工工件的品质，也提高刀具的利用率。为达到上述目的，本技术采用如下技术方案：铣削工件表面粗糙度变化的铣刀剩余寿命在线监测系统，包括中央处理单元和与其连接的显示装置，还包括与中央处理单元分别连接的刀具管理设备和表面粗糙度测量仪；所述刀具管理设备中载有加工工序表面粗糙度的设计值，并将该设计值传输到中央处理单元；所述表面粗糙度测量仪用于实时测量工件表面粗糙度的实际值，并将该实际值传输到中央处理单元；所述中央处理单元用于根据所述的表面粗糙度的设计值和实际值计算出铣刀剩余寿命值，并将该铣刀剩余寿命值传输到显示装置；所述显示装置用于显示铣刀的寿命状态。本技术还包括与中央处理单元连接的数据采集设备，所述数据采集设备载有机床中刀具型号及刀具位置的相关刀具数据，并可将该刀具数据传输到中央处理单元；所述中央处理单元将刀具数据和铣刀剩余寿命值建立逻辑关系，并将计算处理后的结果传输到显示装置。所述中央处理单元设有预警模块，该预警模块采用不同的颜色对应刀具的不同寿命状态。所述表面粗糙度测量仪为便携式的表面粗糙度测量仪，且具有开放接口。本技术还包括工艺卡，所述工艺卡安装在刀具管理设备中，该工艺卡包括有加工工序表面粗糙度的设计值。相对于现有技术，本技术技术方案取得的有益效果是：结构设计合理，通过测量工件表面粗糙度计算刀具的剩余寿命值，并实时反馈到显示装置从而实现铣刀剩余寿命的在线监测功能，大大提高了对刀具剩余寿命预测的可靠性和准确性，而且能及时提醒用户更换刀具，既保证了加工工件的品质,也提高了刀具的利用率，降低了生产成本。附图说明图1为铣削工件表面粗糙度变化的铣刀剩余寿命在线监测系统的结构框图；图2为某类型铣刀加工的工件表面粗糙度随铣刀磨损变化曲线图。具体实施方式为了使本技术所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本技术进行进一步详细说明。如图1所示，本实施例所述的铣削工件表面粗糙度变化的铣刀剩余寿命在线监测系统，包括中央处理单元、显示装置、刀具管理设备、数据采集设备和表面粗糙度测量仪；其中，所述显示装置和中央处理单元连接，以将中央处理单元中的数据传输并显示在显示装置中；本实施例中的所述显示装置，用于显示铣刀的寿命状态；所述刀具管理设备中载有加工工序表面粗糙度的设计值，并将设计值传输到中央处理单元；所述刀具管理设备中装有加工的工艺卡，中央处理单元根据工艺卡得到不同加工工序对应的产品表面粗糙度设计值；所述表面粗糙度测量仪用于实时测量工件表面粗糙度的实际值，并将实际值传输到中央处理单元；表面粗糙度测量仪每隔一段时间跟踪测量工件表面粗糙度的实际值，用离散的表面粗糙度实际值拟合表面粗糙度变化曲线，以实现对铣刀剩余寿命的良好预测；所述数据采集设备与中央处理单元连接，该数据采集设备载有机床中刀具型号及刀具位置的相关刀具数据，并可将该刀具数据传输到中央处理单元；所述中央处理单元用于根据所述的表面粗糙度的设计值和实际值计算出铣刀剩余寿命值，并将该铣刀剩余寿命值传输到显示装置；并将刀具数据和铣刀剩余寿命值建立逻辑关系，最后将计算处理后的结果传输到显示装置。所述中央处理单元从刀具管理设备中获取工艺卡中不同加工工序表面粗糙度的设计值，从工艺卡可知，被加工件的不同加工面对应着不同的加工工序所用铣刀，中央处理单元根据加工工序对应的产品要求比较表面粗糙度实际值与产品设计值大小来预测铣刀剩余寿命；数据采集设备获取刀具在机床刀库位置后，并将相关数据传递给中央处理单元，并对工序刀单、加工机床、刀具位置、加工刀具、产品表面粗糙度设计值及产品表面粗糙度测量值等程序字段建立逻辑关系，经过程序算法处理，实现基于铣削工件表面粗糙度变化的铣刀剩余寿命在线监测。本实施例所述中央处理单元设有预警模块，该预警模块采用不同的颜色对应刀具的不同寿命状态，并在显示装置中显示出所有刀具的寿命状态。本实施例所述表面粗糙度测量仪为便携式的表面粗糙度测量仪，且具有开放接口。为实现刀具剩余寿命在线监测，开发了其与中央处理单元的接口；表面粗糙度测量仪测量完数据实时传递给中央处理单元，并进行程序处理。本实施例所述的铣削工件表面粗糙度变化的铣刀剩余寿命在线监测系统，其工作步骤和原理如下：在铣削加工中刀具损坏的主要原因是磨损和破损，当刀具材料、加工参数选择合适后，决定刀具寿命的主要物理现象就是刀具磨损，一把刀具的寿命是否完结，最终反映是该把刀具加工的工件是否满足产品要求。由于工件表面粗糙度随刀具磨损变化曲线是一条连续的非线性曲线，因此可将铣削工件表面粗糙度作为铣刀剩余寿命预测指标，可靠性和准确性较高。图2给出，某类型铣刀加工的工件表面粗糙度随铣刀磨损变化曲线图，根据所确认的刀具磨损与工件表面粗糙度关系，即刀具磨损随工件表面粗糙度变化曲线是一条连续的非线性曲线。从图中可以看出该类型铣刀在初期磨损期，该铣刀磨损从10μm增加到30μm，工件表面粗糙度从1.2μm非线性增加到最大值1.7μm，表面粗糙度到达最大值1.7μm，铣刀继续磨损而工件表面粗糙度下降到最小值1.1μm，然后进入铣刀正常磨损阶段，其正常磨损区间是50μm到90μm，工件表面粗糙度从1.1μm缓慢上升到2.1μm，表面粗糙度变化率较小；铣刀磨损在90μm到100μm区间是刀具急剧磨损阶段，表面粗糙度值从2.1μm快速增长到3.4μm，工件表面质量迅速降低。在掌握了该类型铣刀加工工件表面粗糙度随刀具磨损变化曲线后，为实现该系统功能，选用开放接口的便携式表面粗糙度测量仪每隔一段时间跟踪测量工件表面粗糙度值，用离散本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.铣削工件表面粗糙度变化的铣刀剩余寿命在线监测系统，包括中央处理单元和与其连接的显示装置，其特征在于：还包括与中央处理单元分别连接的刀具管理设备和表面粗糙度测量仪；所述刀具管理设备中载有加工工序表面粗糙度的设计值，并将该设计值传输到中央处理单元；所述表面粗糙度测量仪用于实时测量工件表面粗糙度的实际值，并将该实际值传输到中央处理单元；所述中央处理单元用于根据表面粗糙度的设计值和实际值计算出铣刀剩余寿命值，并将所述铣刀剩余寿命值传输到显示装置；所述显示装置用于显示铣刀的寿命状态。

【技术特征摘要】
1.铣削工件表面粗糙度变化的铣刀剩余寿命在线监测系统，包括中央处理单元和与其连接的显示装置，其特征在于：还包括与中央处理单元分别连接的刀具管理设备和表面粗糙度测量仪；所述刀具管理设备中载有加工工序表面粗糙度的设计值，并将该设计值传输到中央处理单元；所述表面粗糙度测量仪用于实时测量工件表面粗糙度的实际值，并将该实际值传输到中央处理单元；所述中央处理单元用于根据表面粗糙度的设计值和实际值计算出铣刀剩余寿命值，并将所述铣刀剩余寿命值传输到显示装置；所述显示装置用于显示铣刀的寿命状态。2.如权利要求1所述的铣削工件表面粗糙度变化的铣刀剩余寿命在线监测系统，其特征在于：还包括与中央处理单元连接的数据采集设备，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚斌，王建军，马晓帆，陈彬强，宋世毅，杨小勇，何昱超，李红建，
申请(专利权)人：中国一拖集团有限公司，厦门大学，
类型：新型
国别省市：河南,41