[发明专利]一种刀具失效综合监控方法与装置

说明书

本发明涉及切削过程刀具失效的实时监控方法与装置。

切削过程刀具失效的在线、实时、高精度、可靠的监控方法与装置的研究与开发是适应高速、高效与柔性自动化加工技术和现代制造系统的发展，实现切削过程监控，过程质量保障，切削过程动态优化，自适应控制和大型、贵重件的加工设备与工件安全保障等所必备的、重要而又急待解决的课题。

近几年来利用声发射信号实现了刀具崩刃破损实时监视，但刀具磨损的实时监视还不能满足工作精度、稳定性和易于现场应用等要求。基于光学图象，接触与放射线的直接方法的监视系统仍难于实用化，或无法完成实时监视；以力/力矩为代表的磨损监视法，虽经实验验证其原理可行，但仍未解决传感检测装置实用化与确定阈值的难点；基于功率/电流法的磨损监视法受限制于灵敏度低；声发射或振动刀具磨损监视法还未找到有效的信号特征参数，尚无法实现高精度，可靠的实时监视；80年代后期开始的多传感信息融合(fusion)法的研究虽已可在实验室中实现刀磨损监视，但所有的DMGH(成组数据处理法)和NN(神经网络)监视识别法还无法实用化，其突出的问题是如何减少训练次数，如何适应多品种小批量或单件加工场合应用。另一个基本问题是他们如何实现刀具磨损值实时校准(标定)以完成磨损值的监视与预报。同时现有多感知检测传感信号和信号处理及识别的信息计算量大，势必要求增加硬件成本和采用较高档次的微型计算机，导致监控仪的总成本增加。因此，刀具磨损实时监视的研究虽一直不停顿地进行，但还不能满足要求，还不能实用化。中国专利，专利号89100419.x利用模糊识别，分级统计和记分函数法达到了声发射(AE)车削刀具崩刃破损的高精度实时监控，并对刀具异常磨损有一定的监视功能。该专利由AE传感器，多级滤波器，前、主放大器，微型计算机接口电路，报警输出和交联接口电路及利用模糊判断模型程序的微型计算机所组成。其工作原理为用AE传感器获取切削过程AE声源的AE信号，对该信号进行处理后得到“振铃记数”，“事件记数”，“一，二次包络检波波峰最大幅值”，“二次包络检波波延续时间”，“一次包络检波波形变化率”等六个参数，并根据专家知识与经验建立的模糊识别判断规则对六个参数的数值进行模糊分级统计，按记分函数法分别给出每一级的分数值，然后依据各参数对刀具破损影响的程序，按规则表达式进行判断，求解结论。中国专利，专利号89108832.6，利用刀具破损与异常时的声发射信号进行多变参数统计模式识别来监视刀具工况。该专利由声发射信号检测与预处理单元，信号与通用微处理机接口单元，微处理机、显示器、交联传输与报警输出单元以及抗干扰电源所组成。其工作原理为，用AE传感器获取切削过程AE源和AE信号，对该信号进行处理后得到“振铃记数”，“一次包络信号的峰值”，“一次包络信号峰值记数”，“一次包络信号幅值的均值”，“一次包络信号的微分峰峰值”，“二次包络信号的峰值”，“二次包络信号波延续时间”等七个参数的数值进行多变参数的统计模式识别，根据决策线(面)把不同的Y值分为两类(正常和异常)，实现多种刀具破损或其工况异常的综合监视。该两项专利对车刀及其它多种刀具的崩刃破损或切削工况异常可实现高精度可靠的实时监视，但它们共同的不足之处是：(1)还不能实时监视刀具磨损，(2)未能把刀具三种主要失效型式-磨损，破损和刀刃塑变(卷刃)进行综合的实时监视，(3)不能预报刀具磨损与破损。

本发明的目的在于提供一种适用于多种刀具的自动化机床连续工作时刀具多种失效型式-磨损，破损刀刃塑变综合实时监视，响应速度快，工作精度高，抗瞬态干扰力强，能实现刀具磨损与破损预报的声发射与/或切削振动，刀具综合监视方法与监视装置。