切削刀具新型在线监测方法
台式切割机的切削力在线监测与控制
台式切割机的切削力在线监测与控制在工业生产的领域中，切割机是一种常见的设备，它广泛应用于各类材料的切割加工中。
而台式切割机作为一种便携式的设备，其切削力的在线监测与控制尤为重要。
本文将就台式切割机的切削力在线监测与控制进行探讨。
一、切削力的意义和重要性切削力是指切削过程中作用在切削工具上的力的大小。
切削力的大小直接影响着切削过程的稳定性和切削质量。
合理地测量和控制切削力，可以提高切削工具的使用寿命，降低切削成本，同时还可以避免因切削力过大而引起的机械故障和工作场所的安全隐患。
二、切削力的在线监测方法1. 力传感器监测法力传感器是一种能够将物理力信号转化为电信号的装置。
通过将力传感器安装在台式切割机上，可以实时地测量切削力的大小和变化情况。
常见的力传感器有压电传感器和应变片传感器等。
在使用力传感器进行在线监测时，需要注意保证传感器的稳定性和准确性。
2. 电流监测法切削过程中，切削力的大小与电流信号存在一定的关系。
当切削力增大时，电流信号也会相应增大。
因此，通过监测切削过程中的电流信号变化，可以推测出切削力的大小。
这种方法简单易行，但需要建立准确的电流与切削力之间的关系模型。
三、切削力的在线控制方法1. 速度控制法切削力的大小与切削速度有密切的关系。
在切削过程中，通过控制切削速度，可以有效地控制切削力的大小。
当切削力过大时，可以适当降低切削速度，以减小切削力的大小，保证切削过程的安全稳定。
2. 切削参数控制法切削过程中，切削力的大小与切削参数（如切削深度、进给量等）有关。
通过合理地调整切削参数，可以有效地控制切削力的大小。
在进行切削前，需要根据实际情况选择合适的切削参数，以达到切削力在线控制的目的。
四、切削力在线监测与控制系统的研究进展目前，切削力在线监测与控制系统已经得到了广泛的研究与应用。
研究者们通过引入先进的传感器技术和自动控制算法，开发了一系列高效可靠的切削力在线监测与控制系统。
这些系统不仅能够实时地测量和控制切削力，还能够记录和分析切削过程中的力信号，为工艺优化和缺陷分析提供有力支持。
数控切削中刀具在线监控系统的研究与应用
刀具应用数控切削中刀具在线监控系统的研究与应用■文/常州中车汽车零部件有限公司谷春春引言在切削过程中，刀具的磨损以及由于加工因素异常带来的刀具破损等情况不可避免，因此需要通过系统设置刀具检测功能来及时更换刀具，避免刀具意外受损，延长刀具寿命周期，降低生产成本。
开发具备上述功能的刀具在线监控系统,实时对零件的切削状态进行动态跟踪，基于大量可追溯的加工过程记录对刀具磨损程度及刀具寿命进行监控和不断优化，定时、定量更换刀具，以期实现刀具管理的使用成本最小化。
1.刀具在线监控系统的原理刀具监控是指在产品切削加工过程中，通过检测各类传感器信号变化，将刀具的加工参数,连同加工材料的类型和主轴转速一起输入到神经网络控制器中。
由神经网络控制器计算负载，将得出的负载数据输至检测器，最后将输入信号同检测器输出的结果进行比较，若该负载大于刀具疲劳条件下的裂纹扩展负载，则意味着刀具磨损到一定程度，或发生崩刃、破损、卷刃等工况，丧失其切削能力或无法保障加工质量的情形，此时监控系统会控制CNC报警停机，达到保证加工安全的目的。
刀具在线监控的方法很多，一般可分为直接测量法和间接测量法。
直接测量法包括接触监测法和光学监测法，接触监测由于需要停机监测、无法实现实时监测、增加加工节拍等弊端使用范围不是很广；而光学监测虽直观，但受空间和环境限制使用范围同样受限。
间接测量法主要是利用监测系统中的传感器读取切削过程中刀具的各种信号，如振动、切削力、功率、电流、声波等信号而实现在线监测控制的目的，其原理因监控信号类型及读取信号方法的不同而略有差异。
本文介绍的刀具在线监控系统即电流式刀具在线监控系统。
数据采集处理单元的传感器通过监控电机电流和功率信号进行在线采集，这些数据反映了加工的实时状态，对加工过程进行实时控制。
2.刀具在线监控系统实施必要性及潜在效益分析整个产品的制造过程是一个多因素耦合的“黑盒子”，每个因素的波动都会导致整个制造结果的不稳定，制造过程是否优化，对制造成本有着极大的影响。
机械加工刀具在线监测与优化
机械加工刀具在线监测与优化机械加工刀具作为制造业中的重要工具，其使用寿命和性能直接关系到产品质量和生产效率。
然而，由于加工条件的不确定性和刀具磨损的复杂性，传统的离线刀具检测和优化方法已不能满足现代工业生产的需求。
因此，机械加工刀具在线监测与优化成为了当前研究的热点之一。
一、机械加工刀具在线监测的意义及方法1.1 机械加工刀具在线监测的意义机械加工刀具在线监测是指在刀具使用过程中通过实时监测刀具的状态和性能参数，及时发现异常情况并采取措施来保证加工质量和刀具的寿命。
机械加工刀具在线监测的意义在于提高生产效率、降低加工成本、减少故障和事故的发生等方面。
1.2 机械加工刀具在线监测的方法目前，机械加工刀具在线监测的方法主要包括声发射监测、振动信号分析、功率信号监测及温度监测等。
其中，声发射监测是通过检测切削过程中刀具所产生的声音信号来判断刀具状态的方法；振动信号分析则是通过对刀具的振动信号进行分析，判断刀具运行状态以及刀具磨损情况；功率信号监测是监测刀具所消耗的功率来判断刀具性能；温度监测则是通过对刀具表面温度的实时测量，判断刀具的磨损和故障情况。
二、机械加工刀具在线优化的方法及案例分析2.1 机械加工刀具在线优化的方法机械加工刀具在线优化是指在机械加工过程中通过对刀具状态和性能进行实时监测，结合优化算法来调整刀具加工参数，以达到最佳的加工效果和刀具寿命。
机械加工刀具在线优化的方法主要有刀具寿命预测、刀具磨损补偿和刀具性能优化等。
2.2 机械加工刀具在线优化的案例分析以切削加工为例，利用振动信号分析的方法来进行刀具在线优化。
通过对刀具振动信号进行实时监测和分析，可以判断刀具运行状态以及刀具的磨损情况。
然后，根据磨损情况和加工需求，通过优化算法来调整刀具的加工参数，使得刀具的使用寿命得到最大化，并保证加工质量。
三、机械加工刀具在线监测与优化的挑战及未来发展趋势3.1 机械加工刀具在线监测与优化的挑战机械加工刀具在线监测与优化面临着许多挑战，包括监测方法的准确性和实时性、数据处理和算法优化的复杂性、设备的高成本和可靠性等。
数控机床刀具磨损的智能化在线监控与刀具寿命预测方法
数控机床刀具磨损的智能化在线监控与刀具寿命预测方法随着数控技术的快速发展，数控机床在工业生产中起到了至关重要的作用。
而刀具作为数控机床的重要组成部分，其磨损情况直接影响加工质量和效率。
因此，实现对数控机床刀具磨损的智能化在线监控以及刀具寿命预测成为了工业制造领域亟待解决的问题。
为了实现数控机床刀具磨损的智能化在线监控，首先需要采集和分析刀具状态信息。
目前，常用的刀具状态信息采集手段包括振动传感器、力传感器、电流传感器等。
这些传感器可以即时监测刀具在切削过程中的振动、力以及切削液流量等参数，从而获取刀具的工作状态。
同时，还可以通过视觉检测技术对刀具的磨损情况进行图像分析，实时获取刀具的磨损程度。
在刀具状态信息采集的基础上，还需要建立刀具磨损与刀具寿命之间的关系模型。
刀具磨损的过程是一个复杂的非线性过程，受到众多因素的影响，如切削速度、切削深度、切削材料等。
因此，建立准确的关系模型对于刀具寿命的预测至关重要。
目前，常用的建模方法包括神经网络、遗传算法等，这些方法可以通过大量的实验数据对刀具磨损进行建模，从而预测刀具寿命。
在实现刀具磨损的智能化在线监控的基础上，可以利用预测模型对刀具寿命进行预测。
预测刀具寿命可以帮助企业合理安排刀具更换计划，降低工业制造中因刀具失效而造成的损失。
通过实时监测刀具状态信息，结合已有的关系模型，可以预测刀具剩余寿命，并给出相应的预警提示。
这样，企业可以及时采取措施更换刀具，减少因刀具磨损而造成的生产停机和工件废品的产生。
总之，数控机床刀具磨损的智能化在线监控与刀具寿命预测是实现智能制造的重要一环。
通过采集和分析刀具状态信息，建立刀具磨损与寿命之间的关系模型，以及预测刀具寿命，可以提高工业制造的效率和质量，减少资源浪费和生产损失。
未来，随着物联网、大数据等技术的进一步发展，数控机床刀具磨损的智能化在线监控与刀具寿命预测方法将会得到更广泛的应用和进一步的改进。
数控机床切削参数的在线监测与调整
数控机床切削参数的在线监测与调整数控机床是一种自动化程度高、灵活性强的现代化切削设备，广泛应用于机械制造、航空航天、汽车和家电等行业。
在数控机床加工过程中，切削参数的选择和调整是保证零件加工质量和生产效率的关键因素之一。
然而，由于切削参数的多样性和复杂性，使得传统的人工调整方法变得困难和耗时。
因此，在线监测和自动调整数控机床切削参数成为现代制造业中的一个重要研究课题。
数控机床切削参数的在线监测和调整有助于实时监测加工过程中的切削参数，及时发现并修正可能导致加工缺陷的问题。
通过使用传感器和在线监测系统，可以实时测量和监控切削力、切削温度、刀具磨损等参数。
这些数据可以反馈给控制系统，通过自动化算法进行实时分析，以便调整切削参数并实现最佳加工效果。
在线监测系统可以通过实时采集和处理切削参数数据，快速识别切削过程中出现的问题。
例如，当切削力超过设定阈值时，系统可以自动调整切削速度或进给速度，以避免刀具断裂或加工质量下降。
当刀具磨损达到一定程度时，系统可以自动替换刀具或调整切削条件，确保加工精度和表面质量。
通过在线监测和调整，数控机床可以实现自动化生产，提高加工效率和产品质量。
在实际应用中，数控机床切削参数的在线监测和调整需要综合考虑多个因素。
首先，选用合适的传感器进行数据采集，确保数据的准确性和可靠性。
其次，建立切削参数与加工质量之间的关联模型，通过数据分析和算法优化，确定最佳的切削参数组合。
同时，结合实际生产需求和工艺要求，制定适当的切削策略，实现优化加工。
最后，在线监测和自动调整系统应具备良好的稳定性和可靠性，以确保系统的实时性和准确性。
数控机床切削参数的在线监测和调整在提高生产效率和产品质量方面具有重要意义。
通过实时监测和调整切削参数，可以避免由于材料、刀具磨损等因素引起的加工缺陷和质量问题。
同时，通过自动化调整切削参数，可以减少人工操作和干预，提高生产效率和生产线的稳定性。
此外，在线监测和调整系统还可以实现生产数据的采集和分析，为生产管理提供科学依据和决策支持。
列举刀具工作状态检测监控方法
列举刀具工作状态检测监控方法一、引言随着工业化的发展，刀具在生产中扮演着重要的角色。
刀具的工作状态直接影响着生产效率和产品质量。
因此，对刀具进行工作状态检测和监控是非常重要的。
本文将介绍几种常用的刀具工作状态检测监控方法。
二、视觉检测方法视觉检测是一种常用的刀具工作状态检测方法。
通过安装摄像头，利用图像处理算法对刀具进行实时监控。
在刀具工作过程中，通过分析刀具的形状、颜色、亮度等特征，可以实时检测刀具的磨损程度、刀尖破损、切削面质量等工作状态指标。
视觉检测方法具有实时性强、非接触式等优点，但对环境光照、切削液等因素有一定的要求。
三、声音检测方法声音检测是另一种常用的刀具工作状态检测方法。
通过安装声音传感器，采集刀具在工作过程中产生的声音信号。
通过对声音信号进行频谱分析、模式识别等处理，可以判断刀具的工作状态。
例如，刀具磨损会导致切削过程中产生高频噪声，通过监测噪声的变化可以判断刀具的磨损情况。
声音检测方法具有实时性好、适用范围广等优点，但对信号处理算法要求较高。
四、振动检测方法振动检测是一种常用的刀具工作状态检测方法。
通过安装振动传感器，采集刀具在工作过程中产生的振动信号。
通过对振动信号进行频谱分析、特征提取等处理，可以判断刀具的工作状态。
例如，刀具磨损会导致切削过程中产生的振动信号发生变化，通过监测振动信号的变化可以判断刀具的磨损情况。
振动检测方法具有实时性好、非接触式等优点，但对信号处理算法要求较高。
五、力信号检测方法力信号检测是一种常用的刀具工作状态检测方法。
通过安装力传感器，采集刀具在工作过程中产生的力信号。
通过对力信号进行分析和处理，可以判断刀具的工作状态。
例如，刀具磨损会导致切削力的变化，通过监测切削力的变化可以判断刀具的磨损情况。
力信号检测方法具有实时性好、精度高等优点，但对传感器的选择和安装位置有一定的要求。
六、温度检测方法温度检测是一种常用的刀具工作状态检测方法。
通过安装温度传感器，采集刀具在工作过程中产生的温度信号。
智能切削刀具磨损视觉在线监测系统
扫码了解更多智能切削刀具磨损视觉在线监测系统的构建通过机床关键部位安装的传感器，实现数据的实时传输，通过以太网传输到智能管理系统，最后对在线视觉监控和实时传输数据进行分析与整理，完成对刀具生命全周期的在线监测和管理，在保证图1 刀具全生命周期管理图2 刀具运行过程CUTTING TOOLS刀 具多的刀具进行有效的智能管理，形成刀具编码与刀具一一对应的关系，提高刀具管理系统对刀具的管理与使用效率。
只有对在线监控刀具进行编码，才能在管理上合理有效的对刀具进行在线检索、在线识别、智能调度，合理安排刀具购买和供应、协调生产。
刀具编码作为刀具识别的唯一准则，必须具备多种性质才能达到智能管理的要求，如图3所示。
（2）刀具编码方案。
刀具编码由一长串定长或不定长的字符串或者数字组成，用来反映刀具对应的类别以及基本的参数。
目前应用最广泛的就是柔性分类编码，该分类编码采用数字与字母相结合的方式，其结构由固定码和柔性码组成。
固定码主要用来描述零件的综合信息，如类别、材料和总体尺寸等；柔性码主要用来描述零件各部分详细信息，如形位公差、尺寸精度等。
本系统采用柔性分类编码，编码结构由刀具类码、参数代码、辅码以及姐妹码组成。
其中，刀具类码反映刀具所属类别，参数代码反映对应的特征参数，辅码反映刀具结构、切削精度、材料等属性，姐妹码用来区分对应相同类别刀具。
该系统的基本编码结构如表1所示。
（3）代码的自动生成。
刀具编码的生成与使用，最重要的就是回收与再次利用。
在整个管理过程中，刀具的代码会插入、删除和修改，如果删除或未利用的代码不生成，就会留有很多代码空余，影响代码利用率，进而代码无限增大，超出范围值，甚至导致数据库字段溢出，系统出错崩溃。
所以，必须采取合适的方法对未利用的代码实现回收，其基本方案如图4所示。
3.基于改进贝叶斯算法的工序-刀具流调度刀具作为数控加工过程的重要组成部分，其合理的调配与否将直接关系到任务的加工效率以及生产成本。
基于切削力的刀具状态在线监控
基于切削力的刀具状态在线监控The latest revision on November 22, 2020基于刀具状态的切削力模型研究（常州铁道高等职业技术学校、常州昌成铁路机械厂江苏常州 213011）张宝金摘要：建立适用于变工况加工的切削力模型，将切削力信号用于切削过程监控。
建立基于切削参数（切削速度、进给量、切削深度）与刀具状态（主要考虑后刀面磨损量）的切削力模型，通过试验值与模型的预测值之间的比较，进一步验证模型的准确性。
关键词：切削力；刀具状态监控；金属切削；模型1 引言目前，加工中心（MC）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）及计算机集成制造系统（CIMS）逐渐成为现代机械制造业的主流，为实现制造系统的高度自动化提供了先决条件。
自动化生产的实现，依赖于加工过程中切削刀具状态的自动监控，国内外学者在切削力模型方面进行了大量的研究工作。
其中，切削力法被认为是一种具有实际应用前景的监控方法[1]。
但以往基于切削力信号的研究大多是通过单因素试验[2]确定特定情况下切削力的阈值，从而对刀具状态进行识别。
这类方法存在监控阈值难以确定以及监控参数特征信息不能适应切削参数的变化即监控的柔性差等问题，仅适用于不改变或较少改变切削参数的刚性加工生产线。
随着计算机技术的发展，建立可适应变工况加工的刀具状态监控系统十分必要。
影响切削力的因素有很多，其中切削用量三要素：切削速度、进给量、切削深度对切削力的影响最为显着[3]。
本文以外圆车削为例，建立了基于切削参数（切削速度、进给量、切削深度）与刀具状态（主要考虑后刀面磨损量）的切削力简化模型，并通过试验值与模型的预测值之间的比较，进一步验证模型的准确性。
2 切削试验系统及方案（1）试验装置本试验在一台型号为CA6140的普通车床上进行，切削力信号由Kistler测力仪（传感器）检测，测出的力信号经电荷放大器放大、经过数据采集卡后可直接将信号传送到计算机。
机械加工刀具磨损在线监测方案
机械加工刀具磨损在线监测方案一、机械加工刀具磨损在线监测的重要性随着工业自动化和智能制造的快速发展，机械加工过程中的效率和精度要求越来越高。
刀具作为机械加工中不可或缺的工具，其磨损状态直接影响加工质量、生产成本和设备安全。
因此，对刀具磨损进行实时监测，并及时采取相应措施，对于提高生产效率、降低成本、保证产品质量具有重要意义。
1.1 刀具磨损对加工质量的影响刀具磨损会导致加工表面粗糙度增加，尺寸精度下降，甚至出现加工缺陷，影响产品的整体质量。
通过在线监测刀具磨损，可以及时发现并更换磨损刀具，保证加工过程的连续性和稳定性。
1.2 刀具磨损对生产成本的影响刀具磨损过快会增加刀具更换的频率，从而增加生产成本。
通过在线监测，可以合理规划刀具的更换周期，减少不必要的浪费，降低生产成本。
1.3 刀具磨损对设备安全的影响刀具磨损严重时可能会导致刀具断裂，甚至损坏机床，造成设备事故。
在线监测可以预防此类事故的发生，保障设备和操作人员的安全。
二、机械加工刀具磨损在线监测技术为了实现刀具磨损的在线监测，目前已经发展出多种监测技术，包括声学监测、振动监测、力矩监测、温度监测等。
这些技术各有优缺点，适用于不同的加工环境和需求。
2.1 声学监测技术声学监测技术通过分析刀具在加工过程中产生的声波信号，来判断刀具的磨损状态。
该技术具有安装简便、成本低廉的优点，但容易受到环境噪声的干扰。
2.2 振动监测技术振动监测技术通过测量刀具或机床的振动信号，来评估刀具的磨损程度。
该技术对刀具磨损的敏感性较高，但对信号处理和分析的要求较高。
2.3 力矩监测技术力矩监测技术通过测量刀具在加工过程中的切削力矩，来判断刀具的磨损状态。
该技术对切削力的测量精度要求较高，适用于大批量、高精度的加工需求。
2.4 温度监测技术温度监测技术通过测量刀具在加工过程中的温度变化，来评估刀具的磨损程度。
该技术对温度的测量精度要求较高，适用于高温环境下的加工过程。
最新基于切削力的刀具状态在线监控
基于刀具状态的切削力模型研究（常州铁道高等职业技术学校、常州昌成铁路机械厂江苏常州213011）张宝金摘要：建立适用于变工况加工的切削力模型，将切削力信号用于切削过程监控。
建立基于切削参数（切削速度、进给量、切削深度）与刀具状态（主要考虑后刀面磨损量）的切削力模型，通过试验值与模型的预测值之间的比较，进一步验证模型的准确性。
关键词：切削力；刀具状态监控；金属切削；模型1 引言目前，加工中心（MC）、柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）及计算机集成制造系统（CIMS）逐渐成为现代机械制造业的主流，为实现制造系统的高度自动化提供了先决条件。
自动化生产的实现，依赖于加工过程中切削刀具状态的自动监控，国内外学者在切削力模型方面进行了大量的研究工作。
其中，切削力法被认为是一种具有实际应用前景的监控方法[1]。
但以往基于切削力信号的研究大多是通过单因素试验[2]确定特定情况下切削力的阈值，从而对刀具状态进行识别。
这类方法存在监控阈值难以确定以及监控参数特征信息不能适应切削参数的变化即监控的柔性差等问题，仅适用于不改变或较少改变切削参数的刚性加工生产线。
随着计算机技术的发展，建立可适应变工况加工的刀具状态监控系统十分必要。
影响切削力的因素有很多，其中切削用量三要素：切削速度、进给量、切削深度对切削力的影响最为显著[3]。
本文以外圆车削为例，建立了基于切削参数（切削速度、进给量、切削深度）与刀具状态（主要考虑后刀面磨损量）的切削力简化模型，并通过试验值与模型的预测值之间的比较，进一步验证模型的准确性。
2 切削试验系统及方案（1）试验装置本试验在一台型号为CA6140的普通车床上进行，切削力信号由Kistler测力仪（传感器）检测，测出的力信号经电荷放大器放大、经过数据采集卡后可直接将信号传送到计算机。
再用Kistler测力仪的配套软件Dynoware对测得的力信号进行分析和处理。
试验系统组成如图1-1 所示。
智能报警的刀具状态在线监测技术
智能报警的刀具状态在线监测技术摘要：预测性维护是一种预测机器部件未来故障点的技术，这样就可以在部件发生故障之前，根据计划对其进行更换。
从而使设备的停机时间降到最低，使部件的寿命最大化。
机加工场景中，较为缺乏对于设备的监测，补足对于设备的监测环节，减少机加工过程中刀具的异常带来的废件，优化刀具的使用效率降低成本，故障预警减少意外停机，保证生产有序进行，是预测性维护平台对于机加工场景的核心价值。
基于此，本文将对智能报警的刀具状态在线监测技术进行简单分析。
关键词：智能报警；刀具状态；在线监测技术1.精密加工行业刀具管理现状：对大量CNC加工企业的研究表明：30%以上的刀具寿命因为“冗余”设置被浪费。
40%的机加工质量问题由于刀具问题所导致！50%的撞刀由于刀具断裂无法监控导致，70%以上用户对于刀具供应商缺乏量化监控与对比，90%以上的刀具加工过程缺乏监控和预测。
刀具是机加工过程中的主要耗材与成本点，一个中型加工厂每个月的刀具耗损成本达到约十万人民币规模，消耗巨大。
因为刀具问题导致加工过程中的产品报废也由此产生巨大成本。
目前对于机床的管理多属于周期性或预防性的维护，定期的保养、巡检。
机床虽然是比较稳定的设备，但是一旦出现问题，也会导致整个生产线不能流畅进行，很多时候还没有备件可更换，耽误生产计划。
对于机床进行预测性维护，让机床状态一直被监测，防患于未然，提前获得未来可能发生的故障风险，提前进行备件准备。
2.刀具状态监测的意义刀具状态监测作为智能报警系统的核心内容之一，具有重要的意义。
刀具是加工过程中的核心装备，其质量和状态直接影响加工成品的质量、效率和生产成本。
通过对刀具状态进行在线监测，可以及时获取刀具的工作状态信息，包括刀具的磨损程度、破损情况、温度变化等，从而为企业进行刀具管理和维护提供科学依据。
首先，刀具状态监测可以实现刀具的实时评估和预警。
通过对刀具工作状态的监测，可以实时了解刀具的使用寿命，及时发现并预警刀具的异常磨损、破损等问题。
切削刀具新型在线监测方法
现 代 企 业 文 化
ＭＯＤＥＲＮ ＮＴＥＲＲＩ ＵＬ Ｅ Ｓ Ｃ ＴＵＲＥ
ＮＯ． ６． ０ ８ ２ ２０
（ ｕ ｕａｉ ｔＮ ． ２ Ｃ ｍ ｌ ｖ ｙ Ｏ１ ） ｔｅ ０
切削刀具新型在线监测 方法
赵 雷
（ 黑龙 江机械 制造 高级技 工学校 ，黑龙 江 鸡 西 １８０） ５ １０
工况抗干扰能力 ；信号传输 及后续处 理设备成本低廉 。经过大 车 床 的方 案 。 由于传感器安装 在供液 回路 中 ，并且在不进行切 削时可停 量实验证 实 ，该新 型传感原理 和方法 可用 于刀具的破损监测和 止供液系统工作 ，因此 ，抗干扰能力强 ，如机床的启动 、停车 ， 磨损监测及预报。 工件的安装造 成的冲击 、碰撞 和摩擦 ，切削时的进退 刀 ，切 削 （ ）原 理 分 析 一
工现场 环境所 限 ，设备成本高 ，安装不方便 ；间接法是利用直
Ａ＝Ａ ｅ ０…
（） １
为ｘ 。为ｘ ０ － 处的信 号振幅 ； 为介质 中的衰 接测量 与刀具状态有关 的表征物理量进而确定刀具状态 ，表征 Ａ 处 的信号振幅 ；Ａ 为测量点相对于信源的距离。由式（） ，测量点位置 １ 知 物理量 的测量决定 了间接法的监测本质 ，取决于表征物理量 的 减系数 ；ｘ
人 化 方 向 迅 速发 展 ， 因而 对旋 转 切 削加 工 的状 态监 测 日益成 为
一
冷却 蔽
个制约着切 削加工发展 的重要 因素 。监测数据是今后数控机床在线监测的主题。文章探讨 了新
型在线监测方法，供读者参考。 关键词 ：数控机床 ；状 态监测；信号处理
域 ，抗干扰能力强 ，可对刀具破 损进 行预报 ，目前表面接触式 的性能和使用条件 。一般情 况下 ，服从下述变化规律 ：
数控机床刀具寿命的在线监测
数控机床刀具寿命的在线监测一、引言数控机床在现代制造业中扮演着重要的角色。
而作为数控机床的关键元素之一，刀具的寿命对加工质量和效率有着重要影响。
然而，传统的刀具寿命监测方法往往存在许多局限性。
为了解决这一问题，在线监测技术被引入到数控机床中，实现刀具寿命的准确监测。
本文将探讨数控机床刀具寿命的在线监测技术及其应用。
二、在线监测技术的原理1. 传感器技术传感器技术是实现数控机床刀具寿命在线监测的基础。
通过在数控机床中安装各种传感器，如振动传感器、加速度传感器和温度传感器等，可以对刀具的状态进行实时监测。
传感器采集的数据可以与预设的阈值进行比较，从而判断刀具的损坏程度和寿命。
2. 特征提取与分析传感器采集到的原始数据需要经过特征提取与分析的过程，以获得更加有效的监测结果。
常用的特征包括振动频率、幅值、温度变化率等。
通过分析这些特征，可以对刀具的磨损状况和寿命进行准确评估。
3. 数据处理与模型建立在线监测系统需要进行大量的数据处理和模型建立工作。
首先，需要对采集到的数据进行滤波、降噪等预处理操作，以去除干扰。
然后，可以利用机器学习算法和统计分析方法建立刀具磨损模型，实现对刀具寿命的预测。
三、应用案例1. 数控车床刀具寿命监测以数控车床为例，通过在线监测技术可以实现对刀具寿命的监测。
传感器安装在主轴和刀具支撑部分，可以实时监测切削力和振动情况。
通过对采集到的数据进行特征提取和分析，可以准确判断刀具的磨损程度，并及时更换刀具，以保证加工质量和效率。
2. 数控铣床刀具寿命监测在数控铣床中，刀具的寿命同样是一个重要的监测指标。
采用在线监测技术可以实时监测刀具的振动、温度和切削力等参数。
通过分析这些参数的变化，可以判断刀具的寿命，提前做好刀具更换的准备工作，从而避免因刀具损坏造成的生产停机和资源浪费。
四、在线监测技术的优势1. 实时性强传统的刀具寿命监测方法一般需要停机后进行，无法获得实时的监测结果。
而在线监测技术可以实时采集刀具的状态参数，可以及时预警和处理刀具的异常情况。
数控机床刀具磨损的在线监测与刀具寿命预估方法
数控机床刀具磨损的在线监测与刀具寿命预估方法数控机床是现代制造业中非常关键的设备，而刀具作为数控机床的重要组成部分，其磨损情况直接影响加工质量和效率。
因此，如何有效地监测刀具的磨损状态并准确预估刀具寿命，对于提高生产效率、降低生产成本具有重要意义。
本文将介绍数控机床刀具磨损的在线监测与刀具寿命预估方法。
为了实现数控机床刀具磨损的在线监测，一种常用的方法是利用传感器技术。
通过在数控机床上安装合适的传感器，可以实时监测刀具的磨损情况。
这些传感器可以测量刀具的振动、温度、功耗、噪音等参数，从而判断刀具的磨损程度。
通过分析传感器数据，可以实时监测刀具的磨损情况，并及时采取措施进行刀具更换或刀具修复，避免因刀具磨损导致的生产故障和质量问题。
除了传感器技术，还可以利用机器学习算法来预测刀具的寿命。
机器学习算法可以通过分析历史刀具数据和工作条件数据，建立预测模型，从而准确预估刀具的剩余寿命。
常用的机器学习算法包括支持向量机、决策树、神经网络等。
这些算法可以根据不同刀具的工作状态和磨损情况，学习并建立相应的预测模型，通过输入当前刀具的状态数据，预测出刀具的剩余寿命。
这种方法可以帮助企业制定更合理的刀具更换计划，延长刀具的使用寿命，提高生产效率和降低成本。
此外，数字孪生技术也是一种有效的刀具磨损在线监测与预估方法。
数字孪生是将实体系统和其相应的虚拟模型相连接的技术，通过数字孪生技术，可以实时监测刀具的工作状态、磨损情况和运行参数，并利用虚拟模型对刀具的寿命进行预测。
在这个过程中，实体系统的传感器数据被采集到虚拟模型中，并与实际刀具的状态进行比对和更新。
通过对比模型和实际状态的偏差，可以预测刀具剩余寿命，并提前进行刀具更换或维修，从而提高生产效率和降低生产成本。
总结而言，数控机床刀具磨损的在线监测与刀具寿命预估方法有传感器技术、机器学习算法和数字孪生技术等。
这些方法可以帮助企业实时监测刀具的磨损状态，并准确预估刀具的寿命，从而提高加工质量、降低生产成本。
基于切削力的刀具状态在线监控
基于刀具状况的切削力模子研讨（常州铁道高级职业技巧黉舍.常州昌成铁路机械厂江苏常州213011）张宝金摘要：树立实用于变工况加工的切削力模子,将切削力旌旗灯号用于切削进程监控.树立基于切削参数（切削速度.进给量.切削深度）与刀具状况（重要斟酌后刀面磨损量）的切削力模子,经由过程实验值与模子的猜测值之间的比较,进一步验证模子的精确性.症结词：切削力;刀具状况监控;金属切削;模子1 引言今朝,加工中间（MC）.柔性制作单元（FMC）.柔性制作体系（FMS）及盘算机集成制作体系（CIMS）逐渐成为现代机械制作业的主流,为实现制作体系的高度主动化供给了先决前提.主动化临盆的实现,依附于加工进程中切削刀具状况的主动监控,国表里学者在切削力模子方面进行了大量的研讨工作.个中,切削力法被以为是一种具有现实运用远景的监控办法[1].但以往基于切削力旌旗灯号的研讨大多是经由过程单身分实验[2]肯定特定情形下切削力的阈值,从而对刀具状况进行辨认.这类办法消失监控阈值难以肯定以及监控参数特点信息不克不及顺应切削参数的变更即监控的柔性差等问题,仅实用于不转变或较少转变切削参数的刚性加工临盆线.跟着盘算机技巧的成长,树立可顺应变工况加工的刀具状况监控体系十分须要.影响切削力的身分有许多,个中切削用量三要素：切削速度.进给量.切削深度对切削力的影响最为明显[3].本文以外圆车削为例,树立了基于切削参数（切削速度.进给量.切削深度）与刀具状况（重要斟酌后刀面磨损量）的切削力简化模子,并经由过程实验值与模子的猜测值之间的比较,进一步验证模子的精确性.2 切削实验体系及筹划（1）实验装配本实验在一台型号为CA6140的通俗车床长进行,切削力旌旗灯号由Kistler测力仪（传感器）检测,测出的力旌旗灯号经电荷放大器放大.经由数据收集卡后可直接将旌旗灯号传送到盘算机.再用Kistler测力仪的配套软件Dynoware对测得的力旌旗灯号进行剖析和处理.实验体系构成如图1-1 所示.实验中刀面磨损状况及磨损值随时刻进行测量,运用Keyence的VH-8000系列数码显微镜对车刀后刀面的磨损状况摄影,经由过程测量软件测量车刀后刀面的磨损量以及刀具的破损情形.（2）实验筹划切削力实验分为三部分进行：运用新刀片（磨损量为零）进行切削实验;运用不合状况的刀片（变更的磨损量）进行切削实验;运用不合状况的刀片（变更的磨损量）验证已树立的刀具磨损状况下的切削力模子.采取正交实验法安插实验,运用正交表,为三身分.三程度实验.具体实验正交表如表1：表1实验筹划3 基于刀具状况的切削力模子（1）切削力模子的简化因为切削力经典理论模子过于繁琐的局限,难以在现实临盆进行有用运用.是以,研讨人员经常经由过程大量实验,由测力仪得到切削力后,将所得数据进行数学办法处理,即可得到切削力的实验模子.如采取指数模子盘算切削力,在金属切削加工中得到普遍的运用.经常运用的指数模子情势如下 :和 F.Kiyosawa [4]的研讨标明主切削力能更精确的反应刀具磨损的程度,并树立了切削参数..式（1）切削力简化模子如下：（1）2）式中：F为切削力（N）mm）;f为进给量（mm/r）;v 为车削速度（m/min）;k.x.y.z分离为待定系数和指数,须要经由过程实验树立回归方程肯定.（2）基于刀具状况的切削力模子在现实的临盆进程中,切削用量为已知量,刀具的磨损量未知.参考已树立的切削力模子,斟酌到刀具磨损量的与切削用量之间的互相影响,树立一个以刀具的磨损量和切削三要素为自变量.的函数方程（即切削力模子）.在原有切削力模子的基本上引入VB身分,实验数据标明,当VB≤0.3mm, 切削力上升较平缓;当VB在0.3mm邻近, 切削力上升较峻峭;当VB≥0.3mm, 切削力上升有趋于平缓.是以,VB=0.3mm是一个突变点,对切削力模子有重大影响.切削力模子如下：（3）式中：F为切削力（N）mm）;f为进给量（mm/r）;v 为车削速度（m/min）;k.x.y.z分离为待定系数和指数,须要经由过程实验树立回归方程肯定.4 实验成果与评论辩论（1）正交实验数据的处理切削实验获得刀具处于不合状况的切削力旌旗灯号,选择具有代表性的VB=0㎜.VB=0.07㎜.VB=0.38㎜等三组实验处理成果（见表2～表4）.表2 实验成果一表3 实验成果二在雷同的切削用量,不合的切削刀具后刀面磨损量下,切削力随磨损量变更而变更.变更有增大的趋向,但其实不完整对应,在初始阶段上升较快,随后又徐徐上升, 至VB上升较忽然,然后又开端缓升.（2）基于刀具状况的切削力模子拟合对式（3）双方同时取对数,可得：（4）则切削力的对数同切削用量及磨损量的对数关系就变成为线性关系,成为多元线性回归方程.运用表2中的数据,拟合出基于切削用量和刀具状况的切削力模子如下：（5）式中已含有后刀面磨损量.刀具磨损量作为切削力模子的参数,更能反应出切削用量和刀具后刀面磨损量与切削力的的内涵关系,为切削刀具状况的检测打下了果断基本.（3）基于刀具状况的切削力模子磨练表5中实验值Fzs用于模子拟合,猜测值Fzc用式（5）盘算出的切削力Fz值.显然,猜测值与实验值的相对误差很小,多半在-5%～5%之间,最大不超出10%,相对误差平均为0.03861,显示出该回归模子具有较好的拟合度.切削力Fz.猜测值Fzc与实验值Fzs相符程度较高,能比较精确地反应切削力Fz与切削用量和刀具后刀面磨损量的内涵接洽,各切削用量指数客不雅地表现各身分在切削力模子中的感化或影响,特殊是后刀面磨损量作为切削力模子的重要参数,树立起刀具后刀面磨损量VB与主切削力Fz的模子,确立了后刀面磨损量与切削力Fz的内涵关系,摸索出磨损量影响切削力的内涵纪律;为树立基于切削力模子的刀具状况检测做好预备.表5 实验数据及猜测值5 结论树立了基于切削参数和刀具状况的车削力简化模子, 经由过程对实验值与模子的猜测值进行比较,验证模子的精确性.基于多身分实验树立的模子可顺应变工况的加工,模子的实验验证成功为树立可顺应变工况加工的刀具状况监控体系供给了一种较精确的监控办法,同时为多传感器旌旗灯号耦合(切削力.切削功率.声发射等)供给了基本.以外圆车削实验树立的力模子为基本,可以测验测验为其他罕有的加工进程如铣削加工.钻削加工等树立相似的力模子,以解决变工况加工的刀具状况监控问题.参考文献[1] Dimla E. Dimla Snr. Sensor signals for tool-wear monitoring in metal cutting operations—a review of methods [J].International Journal of Machine Tools & Manufacture. 40 (2000) 1073–1098[2] 刘敦焰,邵华. 基于切削参数和刀具状况的车削力模子[J]. 上海交通大学学报 2000,10(34)：1434-1436.[3] 吴道全,万光珉,林树兴,等.金属切削道理及刀具[M].重庆大学出版社,1994.[4] R.Uehara,F.Kiyosawa. Automatic tool wear monitoring in NC turning[J]. CIRP,1989,38(1):39-42.。
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切削刀具新型在线监测方法
作者：赵雷
来源：《现代企业文化·理论版》2008年第17期
摘要：随着现代加工技术的飞速发展，新的加工方法与设备、FMS、CIMS等日益被广泛地使用，金属切削加工（特别是其主要形式旋转切削加工）正在朝着高速、重载、自动化、无人化方向迅速发展，因而对旋转切削加工的状态监测日益成为一个制约着切削加工发展的重要因素。
监测数据的精确，监测方法的先进，是今后数控机床在线监测的主题。
文章探讨了新型在线监测方法，供读者参考。
关键词：数控机床；状态监测；信号处理
一、切削刀具新型在线监测方法
目前，刀具状态监测方法可分为直接测量法和间接测量法两大类。
直接法，如测量刀刃位置和刀具破损或磨损面积等方法，难于实现在线和及时发现刀具的急剧磨损和破损，且受加工现场环境所限，设备成本高，安装不方便；间接法是利用直接测量与刀具状态有关的表征物理量进而确定刀具状态，表征物理量的测量决定了间接法的监测本质，取决于表征物理量的传感技术。
测量切削力虽是最直观的方法，但测力装置笨重并需改动原机床设备；测量主轴电机功率是较有前途的一种方法，装置简单，安装极为方便，但电机功率变化相对于刀具状态具有延迟性，难于及时诊断，并且不适合小尺寸刀具和切削用量较小的场合；测量振动（切削噪声）方法中，振动传感器的安装给正常加工带来不便，且受环境的振动、冲击及机械振动等的影响；测量声现象（AE）方法，是刀具状态监测的一个新领域，抗干扰能力强，可对刀具破损进行预报，目前表面接触式AE传感器同样会对正常切削带来不便，且易受机械冲击等高频信号的干扰.另外还有许多方法，如测量工件尺寸、工件表面粗糙度、切削温度和刀具与工件接触处电阻等方法均因传感设备复杂，安装不方便或分析处理设备成本太高及监测准确率低等原因不能应用于现场。
本文针对上述监测方法的问题，提出了一种用于实时在线监测的新型传感方法（属于间接法），设计构思如下：（1）利用切削过程中普遍采用的冷却液或润滑液作为信号传输媒介，不增加附加设备；（2）传感器安装不会对正常切削过程带来任何影响和不方便；（3）传感器体积小，仅安装在润滑或冷却回路中即可，不会对润滑或冷却回路造成任何影响；（4）极高的工况抗干扰能力；信号传输及后续处理设备成本低廉。
经过大量实验证实，该新型传感原理和方法可用于刀具的破损监测和磨损监测及预报。
（一）原理分析
传感器是利用流体作为信号传播媒质，使信号源的信号能量经流体传播到达敏感元件，再由敏感元件将信号发出的机械能转换为电能，供分析使用，该方法属于传感器与被测物体非接触式测量方法，可以监测运动物体中是否出现信息源.原理图如图1.1所示。
图1.1 传感器原理
传感器的结构尺寸，流体的性能及流体流量大小和传感器与信息载体的位置关系均对信号的敏感程度有很大影响。
由流体声学原理可知，信源发出的能量以波的形式在流体中传播，其幅值衰减服从下述规律：
A为x处的信号振幅；A。
为x=0处的信号振幅；α为介质中的衰减系数；x为测量点相对于信源的距离。
由式(1)知，测量点位置的确定原则是：在此处的信号能量（或幅值）达到传感器中敏感元件的最低灵敏度，式中A。
可由各种形式的信源计算，是决定x大小的主要因素，与信源产生的能量波的频率，传播媒介的性质及媒介间的藕合特征因素有关。
由于传播媒介对能量波的不同频率成分有不同程度的吸收和散射作用，因此，到达测量点的信源能量中会出现一定程度的频率失真。
传播媒介实际上是一个非线性滤波器，幅频特性和相频特性完全取决于媒介的性能和使用条件。
一般情况下，服从下述变化规律：
Do，D1, D2：为信源能量在固体中的衰减常数；认，G1，G2为信源能量在流体中的衰减常数；f为信源能量波的频率；ao为使用条件引起的衰减常数（如温度、压力、流量等）。
上述参数确定后，便可准确确定测量点的位置，理论计算上述各常数一般较困难，实际上，往往取某些经验数据，就可以满足实际测量中的需要。
（二）使用配置方案
本传感器借助于机床的冷却润滑系统，故安装和使用不会对切削造成任何影响。
图1.2图1.4给出了钻床、车床上的使用配置方案和信号监测方法框图1.3。
镗床的使用安装可借用钻床和车床的方案。
由于传感器安装在供液回路中，并且在不进行切削时可停止供液系统工作，因此，抗干扰能力强，如机床的启动、停车，工件的安装造成的冲击、碰撞和摩擦，切削时的进退刀，切削用量变化，切削速度变化及外界工况环境等干扰均可消除，该传感器和后续处理电路配合使用，成本低廉，安装方便，抗工况干扰能力强.是一种实用的识别刀具切削状态的工具。
二、应用与发展趋势
切削加工状态监测存在着二类不同的应用形式，一是对一些现有的切削加工设备如大型自动线的某些单机配置切削加工状态监测仪，这类场合应根据加工特点选择单一的敏感参数。
且要考虑传感器安装的方便性，尽量少改动机械结构。
因为零件品种相对较少，可从信号处理与识别技术上提高可靠性、准确性。
其二是对加工中心复杂设备，加工状态监测已溶入机床制造中。
SENSOR FUSIUON等技术的发展使监测仪器能适应机床柔性的要求。
加工的准确性有了大大提高，加工时间短，对刀具的磨损程度也小。
数控机床以后将向着多元化迈进，即加工中心的复式加工，对一个工件进行多个工序的加工，节约时间和成本。
在线监测系统的精准有助于加工的完成。
参考文献
[1]李斌．数控加工技术[M]．高等教育出版社．
[2]关美华．数控技术原理及现代控制系统[M]．西南交通大学出版社．
[3]李峻勤，费仁元．数控机床及其使用与维修[M]．国防工业出版社．
作者简介：赵雷（1981- ），男，黑龙江机械制造高级技工学校机械助理讲师。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。