一种基于功率信号的钻削过程刀具磨损预测方法技术

本发明专利技术涉及刀具磨损预测方法，特别涉及一种基于功率信号的钻削过程刀具磨损预测方法；通过该方法可以实现对钻削过程中的钻头磨损进行有效预测；包括如下步骤：步骤一、选用全新的钻头进行连续钻孔加工，测量并记录钻削每个的功率信号和钻削每个孔后的钻头磨损量VB(1,2,

【技术实现步骤摘要】
一种基于功率信号的钻削过程刀具磨损预测方法


[0001]本专利技术涉及刀具磨损预测方法，特别涉及一种基于功率信号的钻削过程刀具磨损预测方法。

技术介绍

[0002]在实际钻削加工难加工材料过程中，会时常出现钻头非正常磨损而导致钻削过程意外终止，这一现象直接影响加工精度和加工效率，甚至导致工件报废，钻削过程中的钻头磨损预测能够有效避免钻头非正常磨损引起的损失。因此，钻削过程中钻头磨损预测是十分必要的手段。
[0003]专利201910334254.X公开了一种考虑刀具磨损的机床加工过程能耗模型建模方法，该方法首先建立考虑刀具磨损的切向和轴向切削力模型，再建立机床加工中的额外负载能耗模型，进而建立空载能耗模型，最后建立考虑刀具磨损的机床加工能耗模型。上述方法用于预测实际工况下的机床加工过程能耗，并且达到了理想的预测精度。然而，该方法不能直接应用于钻削过程中钻头磨损的预测。因此，很有必要寻找一种有效的钻削过程钻头磨损预测方法，实现对钻削过程中的钻头磨损进行有效预测。

技术实现思路

[0004]针对
技术介绍
中提到的问题，本专利技术的目的是提供一种基于功率信号的钻削过程刀具磨损预测方法；通过该方法可以实现对钻削过程中的钻头磨损进行有效预测。
[0005]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于功率信号的钻削过程刀具磨损预测方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一、选用全新的钻头进行连续钻孔加工，测量并记录钻削每个的功率信号和钻削每个孔后的钻头磨损量VB(1,2,r/>…
,n)，钻削加工单个孔的总功耗可以表示为：
[0007][0008]其中，表示钻削第i个孔的总功耗，P
idle
表示空转功耗，C0表示机床功耗特性系数，表示钻削第i个孔的切削功耗；
[0009]步骤二、通过步骤一获得的数据，可以计算任意两孔之间总功耗的变化量，其可以表示为：
[0010][0011]其中，表示钻削第i到第j个孔机床的总功耗的变化量，表示钻削第j个孔的总功耗，表示钻削第i个孔的总功耗；
[0012]公式(1)代入公式(2)可简化表示为：
[0013][0014]其中，表示钻削第i到第j个孔的切削功耗的变化量；
[0015]钻削第i到第j个孔的切削功耗的变化量可以表示为：
[0016][0017]其中，ΔK
tw
为钻头磨损系数，b为切削刃长度，V为切削速度；
[0018]钻头磨损系数ΔK
tw
可以表示为：
[0019]ΔK
tw
＝k1VB+k2ꢀꢀ
(5)
[0020]其中，k1，k2为磨损力系数ΔK
tw
模型的系数，VB为钻头磨损量；
[0021]步骤三、通过步骤二的理论模型，将公式(3)(4)(5)代入公式(2)，获得钻头磨损量VB的表达式为：
[0022][0023]步骤四、对钻削过程中的功率信号进行采集，通过步骤三的钻头磨损模型实现对钻削过程中的钻头磨损进行预测。
[0024]作为优选，所述钻头可以采用钻削高温合金GH4169，刀具是直径为10mm的麻花钻，钻头切削刃长度b＝3mm。
[0025]作为优选，机床可以采用数控加工中心YHVT850Z。
[0026]作为优选，采集实验数据并标定模型系数，其中k1＝0.5571，k2＝
‑
7.6583，C0＝0.1336，获得钻头磨损的预测模型为：
[0027][0028]综上所述，本专利技术的基于功率信号的钻削过程刀具磨损预测方法具有以下有益效果：
[0029](1)本专利技术提出了一种基于功率信号的钻削过程钻头磨损预测方法，该方法基于钻削过程中的功率信号来预测钻头磨损量。该方法简单易行，无需昂贵的监测仪器设备，并且对钻削工程钻头磨损量预测有较强的适用性。
[0030](2)本专利技术方法预测钻头磨损量的平均误差为5.74％，预测精度高。
[0031](3)本专利技术方法还可用于其他机械加工过程的刀具磨损量评估等，有着广阔的应用前景。
具体实施方式
[0032]下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0033]本专利技术在具体实施时，包括如下步骤：步骤一、选用全新的钻头进行连续钻孔加工，测量并记录钻削每个的功率信号和钻削每个孔后的钻头磨损量VB(1,2,
…
,n)，钻削加工单个孔的总功耗可以表示为：
[0034][0035]其中，表示钻削第i个孔的总功耗，P
idle
表示空转功耗，C0表示机床功耗特性系
数，表示钻削第i个孔的切削功耗。
[0036]步骤二、通过步骤一获得的数据，可以计算任意两孔之间总功耗的变化量，其可以表示为：
[0037][0038]其中，表示钻削第i到第j个孔机床的总功耗的变化量，表示钻削第j个孔的总功耗，表示钻削第i个孔的总功耗。
[0039]表示钻削第i到第j个孔机床的总功耗的变化量可表示为：
[0040][0041]其中，表示钻削第i到第j个孔的切削功耗的变化量。
[0042]钻削第i到第j个孔的切削功耗的变化量可以表示为：
[0043][0044]其中，ΔK
tw
为钻头磨损系数，b为切削刃长度，V为切削速度。
[0045]钻头磨损系数ΔK
tw
可以表示为：
[0046]ΔK
tw
＝k1VB+k2[0047]其中，k1，k2为磨损力系数ΔK
tw
模型的系数，VB为钻头磨损量。
[0048]步骤三、通过步骤二的理论模型，获得钻头磨损量VB的表达式为：
[0049][0050]步骤四、对钻削过程中的功率信号进行采集，通过步骤三的钻头磨损模型实现对钻削过程中的钻头磨损进行预测。
[0051]实施例
[0052]本实施例中以钻削高温合金GH4169为例，刀具是直径为10mm的麻花钻，钻头切削刃长度b＝3mm。选择了两种不同的机床分别为：数控加工中心YHVT850Z上对高温合金GH4169材料进行钻削加工，采集实验数据并标定模型系数，其中k1＝0.5571，k2＝
‑
7.6583，C0＝0.1336，获得钻头磨损的预测模型为：
[0053][0054]按照步骤实现对钻削过程中的钻头磨损进行预测。
[0055]本专利技术方法对钻削过程案头磨损量预测并准确评估，预测得到的精度较高，各个加工参数下所提出的方法的预测钻头磨损的平均误差为5.74％。因此，实际工作中有着很好的应用价值。
[0056]尽管已经示出和描述了本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于功率信号的钻削过程刀具磨损预测方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、选用全新的钻头进行连续钻孔加工，测量并记录钻削每个的功率信号和钻削每个孔后的钻头磨损量VB(1,2,
…
,n)，钻削加工单个孔的总功耗可以表示为：其中，表示钻削第i个孔的总功耗，P
idle
表示空转功耗，C0表示机床功耗特性系数，表示钻削第i个孔的切削功耗；步骤二、通过步骤一获得的数据，可以计算任意两孔之间总功耗的变化量，其可以表示为：其中，表示钻削第i到第j个孔机床的总功耗的变化量，表示钻削第j个孔的总功耗，表示钻削第i个孔的总功耗；公式(1)代入公式(2)可简化表示为：其中，表示钻削第i到第j个孔的切削功耗的变化量；钻削第i到第j个孔的切削功耗的变化量可以表示为：其中，ΔK
tw
为钻头磨损系数，b为切削刃长度，V为切削速度；钻头磨损系数ΔK
tw
可以表示为：ΔK
t...

【专利技术属性】
技术研发人员：王奇，虞泉，沈彬，宋前双，冯斌惠，肖蜀君，
申请(专利权)人：常州工学院，
类型：发明
国别省市：