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技术方案

本发明专利技术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及方法，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、监控的刀具刀柄组合的参数标定方法，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

A time-varying cutting condition tool breakage detection system and method for complex surface milling

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及数控加工刀具检测

技术介绍
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。另外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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，其特征在于：包括所述加速度传感器模块(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)；/n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)；/n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(30...

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于：包括所述加速度传感器模块(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。


2.根据权利要求1所述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，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。


3.一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，基于权利要求1所述的刀具破损检测系统，其特征在于：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wn/60，wn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wx1、wx2、…、wxk，Y方向的各阶固有频率wy1、wy2、…、wyk，主轴转速wn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，
w'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fs，fs为刀齿频率fz的10-100倍，时间T内实际采样数据点数为N'＝fsT；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(fs/ff+1)，实际频率分辨为fs/(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：
agn＝2Ancos(2pifnt+Pn)/(N'+N0)
其中，fn＝(n-1)×fs÷(N'+N0)，fn为点n所表示的频率；Pn＝atan2(b,a)，Pn是相位。
1-4)对于X、Y方向的信号，在FFT变换后，取区间[lwn/60-Δw,lwn/60+Δw]内的信号，其中l＝1,2,...,m；Δw为5ff(Hz)；然后将这些信号合成，合成信号为



其中：fn∈[lwn/60-Δw,lwn/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fs；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：ao为原始数据，ad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AXmax和AYmax及最大差值eXmax和eYmax；
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹华军，周进，董朝阳，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50