[发明专利]一种数控加工状态自学习的刀具磨损监控系统

说明书

技术领域

本发明属于数控机床刀具磨损测量领域，为一种嵌入数控系统的刀具磨损状态在线、实时监控系统。

背景技术

多年来，国内外学者在刀具磨损在线监测方面作了大量的工作，并在监测方法、监控参数的选择、信号处理识别领域取得了显著成果，有些方法已经用于生产。传统的刀具磨损状态监测方法是基于刀具体积损失的相关特征，通过接触测量或者CCD成像等，直接获得刀具的磨损值。例如见中国专利申请号为：CN200910031737.9，发明名称为：基于形状复制的数控铣削加工刀具磨损测量方法，将刀具形状复制在复印材料上，实现对刀具磨损测量。中国专利申请号为：CN200910082547.X，发明名称为：基于影像的刀具在线检测与补偿系统及方法，利用摄像装置获取刀具的影像，通过图像处理获知刀具磨损量。中国专利申请号为：CN94201963.6，发明名称为：数控机床刀具磨损机内测量装置，通过机械装置测量刀具磨损值。同时，通过监测与刀具磨损有关的各种信号，包括：声发射、振动、扭矩以及功率信号，也有相关的研究应用。例如见中国专利申请号为：CN92111137.1，发明名称为：一种刀具失效综合监控方法与装置，提出了利用声发射与振动信号组合法。中国专利申请号为：CN97192053.2，发明名称为：刀具状态的自动监测，采用主轴驱动切削转矩监测法。中国专利申请号为：CN98808722.7，发明名称为：诊断规则库刀具状态监视系统，监视功率特征，索引规则库刀具状态。基于体积损失特征的方法需要停机检测，占用工时，难以实现在线实时的监测。声发射、振动等方法都存信号监测不方便，传感器安装麻烦，影响机床的正常加工，甚至需要改动机床结构，因此只能在实验室研究中使用，应用到实际生产中难度较大。采用监测切削转矩以及通过功率特征索引刀具状态的方法，都是只能适用于切削参数固定的精加工条件下。而实际的大批量生产中，粗加工的切削参数在一定范围内波动，并不为定值，因而无法使用。上述基于传感器的监测方法，基本上都是采用独立的信号监测与处理模块，没有充分利用机床已有的信息，并且由于是独立的模块，没有嵌入数控系统中，在操作上需要另外配置独立的硬件处理，增加成本、操作不便。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术的不足，提供一种数控加工状态自学习的刀具磨损监控系统，该监控系统不但能适用于大批量生产中切削参数波动变化的情况，而且对于切削参数固定的情况也具有较高的精度。

本发明提供的一种数控加工状态自学习的刀具磨损监控系统，其特征在于，该系统包括数据获取与判断模块、数据处理模块、特征提取与选择模块、拟合预测趋势曲线模块、刀具磨损规律模块、刀具磨损补偿及换刀模块、刀具磨损学习模块和刀具磨损规律学习库；

刀具磨损规律学习库用于存储刀具学习磨损规律；

数据获取与判断模块与数控系统接口输出模块相连，接收数控系统输出的伺服驱动电流数字信号，并在接收到刀具磨损监控指令时将伺服驱动电流数字信号提供给数据处理模块；

数据处理模块识别伺服驱动电流数字信号的格式，将电流数字信号转换为后续分析所用的统一的文件格式；保存转换格式后的电流数字信号作为监控电流信号，并提供给特征提取与选择模块；

特征提取与选择模块采用小波包分解技术对监控电流信号进行分解，获取各个频率段的信号均值和方差，选择其中与刀具磨损强相关的信号特征，并提供给拟合预测趋势曲线模块；

拟合预测趋势曲线模块通过多项式拟合建立信号特征与刀具加工寿命关系曲线，即拟合预测趋势曲线，得到趋势信号特征，并提供给刀具磨损规律模块；

刀具磨损规律模块从刀具磨损规律学习库中获得刀具学习磨损规律；将趋势信号特征带入刀具学习磨损规律中，得出刀具磨损量，并提供给刀具磨损补偿及换刀模块；

刀具磨损补偿及换刀模块将监控获得的刀具磨损量与设定的刀具到达磨钝标准时的磨损量比较，若刀具磨损量达到磨钝标准时的磨损量，则提示机床更换刀具；若刀具磨损量未达到磨钝标准时的磨损量，则更改数控机床刀具补偿量的设定值，并提供给数控系统接口输入模块。