[发明专利]一种微铣削过程中刀具磨损的在线监测方法

说明书

本发明公开了一种微铣削过程中刀具磨损的在线监测方法，其步骤包括：1建立包含刀具磨损的微铣削力模型，根据每次铣削实验测量的微铣削力标定模型中的磨损系数，同时记录对应的铣刀磨损面积；2根据实验得到的磨损系数与铣刀磨损面积的一系列离散数据点，采用数值方法拟合出磨损系数与铣刀磨损面积的关系式；3根据微铣削力、磨损系数和磨损面积的关系，得到微铣削力与刀具磨损面积的直接映射关系，以实现微铣削过程中刀具磨损的在线监测。本发明能利用在线监测方法/技术来预测刀具磨损、避免刀具失效，从而提升加工效率和加工质量。

技术领域

本发明涉及微铣削加工领域，具体是一种微铣削过程中刀具磨损的在线监测方法。

背景技术

随着我国产业结构的调整，数控机床目前正朝着高精度、高速高效、柔性化和智能化的方向发展。在高端精密制造领域，例如现代国防装备中许多关键零部件的加工、航空发动机叶片、减速器、曲轴类零部件等的加工，由于其结构复杂、材料可加工性差、精度要求高，采用传统数控机床加工该类零件时，几何精度与表面完整性差，质量难以保证。

微铣削因具有加工材料的多样性和能实现复杂三维曲面加工的优势在微细与超精密仪器加工等领域有广泛的应用前景。然而微铣刀在超高转速下进行不连续切削，刀具磨破损迅速且难于监测，严重影响加工精度与产品质量，刀具磨破损的在线监测一直是微铣削加工过程控制的难点。

在刀具磨损检测技术方面，研究者们利用前刀面或后刀面磨损量来代表刀刃的磨损程度，并以此为基础，建立了考虑刀具磨损的微铣削力模型，预判刀具磨损程度、预测刀具剩余使用寿命。但在实际生产过程中，仍存在一些问题亟待解决：

首先，由于精密机床主轴高速旋转且微铣刀直径小，刀具本身的磨损状态难以实时测量；其次，现有的微铣削力模型尚缺乏铣削力和刀具磨损量之间直接的映射关系，无法通过实时监测微铣削力来判断刀具磨损程度。

发明内容

本发明为克服现有技术的不足之处，提供一种微铣削过程中刀具磨损的在线监测方法，以期能利用在线监测方法/技术来预测刀具磨损、避免刀具失效，从而提升加工效率和加工质量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明一种微铣削过程中刀具磨损的在线监测方法的特点包括以下步骤：

步骤1、建立包含刀具磨损的微铣削力模型，根据每次铣削实验测量的微铣削力标定模型中的磨损系数，同时记录对应的铣刀磨损面积；

步骤2、根据实验得到的磨损系数与铣刀磨损面积的一系列离散数据点，采用数值方法拟合出磨损系数与铣刀磨损面积的关系式；

步骤3、根据微铣削力、磨损系数和磨损面积的关系，得到微铣削力与刀具磨损面积的直接映射关系，以实现微铣削过程中刀具磨损的在线监测。

本发明所述的一种微铣削过程中刀具磨损的在线监测方法的特点也在于，利用式(1)建立步骤1中的包含刀具磨损的微铣削力模型F：

F＝K_wF_C (1)

式(1)中，K_w为磨损系数，F_C为未考虑刀具磨损的微铣削力模型。

所述的未考虑刀具磨损的微铣削力模型是根据微铣削力学特征建立的铣削力计算模型。

所述步骤1中铣刀磨损面积是每完成一道工序后，将刀具倒立时通过测量端部平面上的磨损区域而得。

所述步骤2中任意一个离散数据点是由测量每道工序的微铣削力后标定的磨损系数与测量的刀具磨损面积组成。

所述步骤2中，是利用式(2)拟合出磨损系数与铣刀磨损面积的关系式：

S_w＝f(K_w) (2)