一种刀具非均匀磨损状态监测方法技术

本发明专利技术公开了一种刀具非均匀磨损状态监测方法，包括以下步骤：计算全新以及非均匀磨损刀具的理论铣削力；基于全新以及非均匀磨损刀具理论铣削力，获取监测刀具均匀以及非均匀磨损状态的理论幅值倍数指标；基于全新以及非均匀磨损刀具理论铣削力，获取监测刀具非均匀磨损状态的理论波形对称度指标；采集实际铣削力数据，计算幅值倍数实际值以及波形对称度实际值；根据理论幅值倍数指标、理论波形对称度指标、幅值倍数实际值以及波形对称度实际值，对刀具非均匀磨损状态进行监测。本发明专利技术构建了圆弧头立铣刀铣削力模型，设定了刀具非均匀磨损状态监控指标，实现了大部分刀具磨损状态监控算法未考虑且难以实现的对刀具非均匀磨损状态的监控。状态的监控。状态的监控。

【技术实现步骤摘要】
一种刀具非均匀磨损状态监测方法


[0001]本专利技术属于数控加工
，具体涉及一种刀具非均匀磨损状态监测方法。

技术介绍

[0002]铣削力是反映切削过程本质的一个重要物理信号，而铣削力与刀具刃线的参数化模型紧 密相关。因此，借助刀具刃线的参数化模型对铣削力进行预测，可以将阈值的计算与信号产 生机理相结合，从更加本质的角度实现刀具磨损状态的监控。
[0003]实际数控侧铣加工中，大量存在零件的单件或首件加工情况，需要在示教数据和相关工况对 比试验数据缺失的情况下进行刀具磨损状态的监控。因此，需要建立理论的铣削力参数化模 型，设定刀具磨损状态监控指标，以指导零件单件或首件加工情况下的刀具磨损状态监控， 而铣削力的参数化模型又和刀具刃线的参数化模型密切相关。因此，需要将刀具刃线参数化 建模、基于铣削力参数化模型的刀具磨损状态监控相结合，以实现零件单件或首件加工中的 刀具磨损状态监控。现有技术中，存在刀具磨损状态监测精度无法保证和计算量大等问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种刀具非均匀磨损状态监测方法解决了现 有技术中存在的问题。
[0005]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：一种刀具非均匀磨损状态监测方法， 包括以下步骤：
[0006]S1、计算全新以及非均匀磨损刀具的理论铣削力；
[0007]S2、基于全新以及非均匀磨损刀具理论铣削力，获取监测刀具均匀以及非均匀磨损状态 的理论幅值倍数指标；
[0008]S3、基于全新以及非均匀磨损刀具理论铣削力，获取监测刀具非均匀磨损状态的理论波 形对称度指标；
[0009]S4、采集实际铣削力数据，计算幅值倍数实际值以及波形对称度实际值；
[0010]S5、根据理论幅值倍数指标、理论波形对称度指标、幅值倍数实际值以及波形对称度实 际值，对刀具非均匀磨损状态进行监测。
[0011]本专利技术的有益效果为：
[0012](1)本专利技术构建了引入刀具非均匀磨损的圆弧头立铣刀铣削力模型，根据理论幅值倍 数指标、理论波形对称度指标、幅值倍数实际值以及波形对称度实际值，对刀具非均匀磨损 状态进行监测。
[0013](2)本专利技术设定了幅值倍数指标及波形对称度指标，并通过两个指标是否超过阈值的 逻辑判断，来判定刀具处于未磨损、均匀磨损还是非均匀磨损状态，实现了大部分刀具磨损 状态监控算法未考虑且难以实现的对刀具非均匀磨损状态的监控。
[0014](3)本专利技术计算量低且计算速度快，实现了对刀具非均匀磨损状态的监控，并且拥
有 较高的精度。
附图说明
[0015]图1为本专利技术提出的一种刀具非均匀磨损状态监测方法流程图。
[0016]图2为本专利技术中螺旋刃铣削几何关系示意图。
[0017]图3为本专利技术中瞬时铣削厚度示意图。
[0018]图4为本专利技术中顺铣和逆铣时螺旋刃线切削加工区域图。
[0019]图5为本专利技术中圆弧刃铣削几何关系示意图
[0020]图6为本专利技术中顺铣和逆铣时圆弧刃线铣削加工区域图。
[0021]图7为本专利技术中刀具非均匀磨损参数定义及区间示意图
[0022]图8为本专利技术中铣槽加工过程示意图。
具体实施方式
[0023]下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但 应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式的范围，对本
的普通技术人员来讲，只要各 种变化在所附的权利要求限定和确定的本专利技术的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一 切利用本专利技术构思的专利技术创造均在保护之列。
[0024]下面结合附图详细说明本专利技术的实施例。
[0025]如图1所示，一种刀具非均匀磨损状态监测方法，包括以下步骤：
[0026]S1、计算全新以及非均匀磨损刀具的理论铣削力；
[0027]S2、基于全新以及非均匀磨损刀具理论铣削力，获取监测刀具均匀以及非均匀磨损状态 的理论幅值倍数指标；
[0028]S3、基于全新以及非均匀磨损刀具理论铣削力，获取监测刀具非均匀磨损状态的理论波 形对称度指标；
[0029]S4、采集实际铣削力数据，计算幅值倍数实际值以及波形对称度实际值；
[0030]S5、根据理论幅值倍数指标、理论波形对称度指标、幅值倍数实际值以及波形对称度实 际值，对刀具非均匀磨损状态进行监测。
[0031]在本实施例中，非均匀磨损刀具的理论铣削力的计算方法如下。
[0032]A1、根据刀具的基本参数构建基本微元铣削力模型；
[0033]A2、根据基本微元铣削力模型，获取螺旋刃线微元铣削力，并计算螺旋刃线参与切削部 分的积分上下限；
[0034]A3、根据基本微元铣削力模型，获取圆弧刃线微元铣削力，并计算圆弧刃线参与切削部 分的积分上下限；
[0035]A4、设定刀具非均匀磨损参数，将螺旋刃线参与切削部分的积分上下限进行转换；
[0036]A5、根据螺旋刃线微元铣削力、转换后的螺旋刃线参与切削部分的积分上下限、圆弧刃 线微元铣削力和圆弧刃线参与切削部分的积分上下限，获取刀具非均匀磨损部分微元刃铣削 力。
[0037]在本实施例中，设定基本条件为：刀具完全锋利，后刀面与工件没有接触；剪切面为一 个平面；不产生积屑瘤，形成连续切屑；在此基础上构建微元刃线铣削力模型和铣削
力系数 模型。
[0038]所述步骤A1中基本微元铣削力模型为：
[0039][0040]其中，dF
t
、dF
a
和dF
r
分别表示圆弧头立铣刀微元刃线上产生的切向力、轴向力和径向 力，K
tc
表示切向铣削力系数，K
ac
表示轴向铣削力系数，K
rc
表示径向铣削力系数，dA
s
表 示微元刃线剪切面的面积，K
te
表示切向刃口力系数，K
ae
表示轴向刃口力系数，K
re
表示径 向刃口力系数，w表示切削宽度，λ
s
表示圆弧头立铣刀的刃倾角，K
tw
表示切向磨损力密度 因子，K
aw
表示轴向磨损力密度因子，VB表示刀具后刀面均匀磨损带平均宽度值(下标“t
”ꢀ
表示切向方向，下标“a”表示轴向方向，下标“r”表示径向方向，下标“S”表示面积，下 标“c”表示铣削力，下标“e”表示刃口力，下标“w”表示磨损力)；
[0041]所述切向铣削力系数K
tc
、轴向铣削力系数K
ac
和径向铣削力系数K
rc
分别为：
[0042][0043]其中，τ
s
表示剪应力，表示切屑的法向剪切角，β
n
表示切屑的法向摩擦角，γ
n
表示 刀具本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种刀具非均匀磨损状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、计算全新以及非均匀磨损刀具的理论铣削力；S2、基于全新以及非均匀磨损刀具理论铣削力，获取监测刀具均匀以及非均匀磨损状态的理论幅值倍数指标；S3、基于全新以及非均匀磨损刀具理论铣削力，获取监测刀具非均匀磨损状态的理论波形对称度指标；S4、采集实际铣削力数据，计算幅值倍数实际值以及波形对称度实际值；S5、根据理论幅值倍数指标、理论波形对称度指标、幅值倍数实际值以及波形对称度实际值，对刀具非均匀磨损状态进行监测。2.根据权利要求1所述刀具非均匀磨损状态监测方法，其特征在于，所述步骤S5包括以下分步骤：S51、设定全新刀具的铣削力幅值为F
N
；S52、通过刀具非均匀磨损部分微元刃铣削力在工件坐标系的X轴、Y轴和Z轴方向上的分力F
x
、F
y
和F
z
获取非均匀磨损刀具的实际铣削力幅值为F
W
，根据F

【专利技术属性】
技术研发人员：韩雷，郑金辉，刘志学，胡登洲，李秀鑫，
申请(专利权)人：成都航空职业技术学院，
类型：发明
国别省市：