[发明专利]一种面向自适应加工的几何信息-工艺信息-监测信息关联方法

说明书

本发明公开了一种面向自适应加工的几何信息‑工艺信息‑监测信息关联方法，其特征是首先将几何、工艺、监测三类信息分为静态信息与动态信息，接着将静态信息与理论离散刀位点进行关联，并按照加工过程的时序性存储到XML文件，然后在实现动态信息的时间同步与频率同步后，将动态信息与实际采样刀位点进行关联，并存储到动态信息关联矩阵，最后采用时序匹配与坐标匹配的方法，关联实际采样刀位点与理论离散刀位点，建立加工过程中每个刀位点处的几何信息、工艺信息、监测信息的实时精确关联。本发明建立了加工过程中的几何信息、工艺信息、监测信息的实时精确关联，为进一步实现对加工过程中刀具状态、机床状态、加工质量等方面的精准监测奠定了基础。

技术领域

本发明涉及一种机械加工技术，尤其是一种机械加工中各种信号关联的方法，具体地说是一种面向自适应加工的几何信息-工艺信息-监测信息关联方法。

背景技术

近年来，高性能的数控机床使用愈加广泛，机械加工效率和加工质量显著提升，在加工过程中也会出现各种异常状况，如：刀具磨损与破损，切削颤振，不当的机床操作等，这些都可能导致零件表面质量降低，尺寸超差，甚至零件报废，机床设备损坏，出现安全事故。随着制造业向着数字化、信息化、智能化发展的需求，自适应加工技术成为现在数控加工的关键技术，其要求数控机床能够感知和识别加工过程中的各种异常状况，并自适应的做出优化调整或者发出警告并停止加工，因此需要采用多种监测信号间接或者直接地表征加工过程中的异常状况，再根据监测信号结果分析实际加工状态并作出相应的策略调整或警告，从而保证零件加工质量，减少加工异常状况带来的损失。

监测信息与加工过程密切相关，获取到的监测信号受到多种因素影响，除了刀具状态，还与待加工零件几何形状，顺逆铣，主轴转速，进给速度等几何信息和工艺信息相关，且不同的影响因素对监测信号可能产生类似的影响结果，仅根据监测信号的变化难以准确地分析出实际加工状态，且数控加工中在出现异常情况的短暂时间内就可能导致零件加工报废，甚至机床设备损坏，这要求监测信号需要具有很好的实时性，与实际加工过程实时关联，因而需要建立几何信息、工艺信息和监测信息的实时精确关联。

传统的信号关联方法一方面局限于只进行了几何信息与工艺信息的关联，是以特征为最小单位进行关联，且关联的信息粒度大，关联的方法是静态的、离线的、无法推广到动态信息的关联；另一方面局限于只进行了多种监测信号之间的关联，仅依靠各类传感器获取的切削物理量信息来进行监测与分析，未考虑到加工过程中的工艺信息与待加工零件的几何信息都会对监测到的信号产生影响。对未关联几何信息和工艺信息的监测信号进行分析，会导致对监测信号分析结果误差较大，难以准确监测加工过程中的刀具状态机床状态，采取适当的操作，实现自适应加工。当刀具出现破损等意外失效时，若此时进给速度下降，材料去除速率降低，也可以保证切削力无较大的突变，若是只分析监测的力信号的轻微波动并继续加工则会导致零件表面质量极差甚至零件报废，以及机床设备损坏。

尤其现代航空航天业，零件尺寸大，结构复杂，薄壁件多，加工精度要求高，多为单件小批量的生产模式，一方面使得几何信息和工艺信息对监测结果产生更大的影响，且更高的加工精度控制对于监测信息的实时性和精确性度也提出了更高的标准。商品化自适应加工软件系统ARTIS等商业软件针对大批量生产的零件，以零件整体为最小单位建立几何信息、工艺信息与监测信息的关联，将整个加工过程的工艺和监测信息全部固化，但该方法加工过程中一旦工艺信息或监测信息参数发生变化将不再适用，而且对于单件小批量的生产模式下也无法适用。所以传统的信号关联的方法不再适用于现代的加工情况，尤其是单件小批量的生产模式，亟须一套完善的几何信息、工艺信息、监测信息实时精确关联方法。

几何信息、工艺信息和监测信息这三类信息在形式上多源异构，内容上分静态与动态，关联的结果实时性精确性要求高，且三类信息之间互有联系，关系复杂，其中几何信息与工艺信息都会对监测信息产生影响，几何信息与工艺信息存在内部联系，难以找到一个贯穿三类信息的纽带来建立这三者的联系，需要一种新的信号关联方案，建立几何信息、工艺信息与监测信息的实时精确联系。

发明内容