[发明专利]一种数控机床切削刀具磨损状态实时监测方法

说明书

本发明公开了一种数控机床切削刀具磨损状态实时监测方法，其包括如下步骤：实时采集数控机床加工时的传感器信号，并进行信号预处理；根据加工使用刀具的不同将加工过程划分为多个工作子区间，分别提取数控机床每一把刀具加工时对应的信号数据；分别计算数控机床每一把刀具加工期间信号的近似熵值；分别将每一把刀具计算的近似熵值与预设的阀值比较，判断刀具磨损状态。本发明具有无需测量装置、无需搭建实验平台的优点，且预测速度快、准确率高，同时不需要拆装刀具，不影响数控机床正常加工，可实现数控机床刀具磨损状态的实时监测。

技术领域

本发明属于数控机床刀具磨损测量与监测的技术领域，更具体地，涉及一种数控机床切削刀具磨损状态实时监测方法。

背景技术

随着制造业的发展，数控机床的应用更加普遍，随着加工的进行，数控机床刀具不可避免会发生磨损，随着刀具磨损的累积，将会影响加工精度、导致废品的产生。实时监测刀具磨损状态，能有效提高生产效率和产品合格率并降低生产成本。

目前，刀具磨损测量和监测的方法主要有直接测量法和间接测量法。直接测量法通过射线测量、光学测量等方法直接识别刀具外观或表面形状的变化，其结果真实准确，但一般需要复杂的测量设备，并且多数需要机床停机进行离线测量。如公告号为CN201710071615，名称为“刀具磨损的在位测量方法和装置”，该专利通过在刀具侧部安装线结构激光器和CCD摄像机，结合计算机图形学方法，直接获取刀具的三维尺寸数据并与刀具标准三维模型比较，得出磨损量。

间接测量法通过监测声发射信号、振动信号、扭矩信号等与刀具磨损相关的信号，间接地实现对刀具磨损的监测，其一般可实现在线实时监测，但存在传感器安装麻烦，甚至需要改动机床结构，影响机床动态特性，难以在生产实际中推广应用。如公告号为CN201010607532，名称为“一种数控机床刀具磨损监测方法”，该专利通过采集伺服驱动电流信号进行分析处理，实时获取刀具的磨损特征，与刀具磨损规律进行匹配，实现监测刀具磨损状态。

因此，针对现有技术的局限性，本领域的技术人员致力于开发一种适合在生产实际中推广应用的数控机床切削刀具磨损状态实时监测方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种数控机床切削刀具磨损状态实时监测方法，其通过实时采集数控机床加工时的传感器信号，分刀具将加工过程划分为多个工作子区间，分别提取每一把刀具加工时对应的信号数据并计算其近似熵值，然后分别与预设的阀值比较，判断刀具磨损状态，实现实时监测切削刀具的磨损状态。

分别将每一把刀具计算的近似熵值与预设的阀值比较，判断刀具磨损状态。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种数控机床切削刀具磨损状态实时监测方法，其特征在于，包括下列步骤：

(a)实时采集数控机床加工时的传感器信号，作为刀具磨损状态监测模型的输入；

(b)对步骤(a)所述传感器信号进行预处理，除去噪声和干扰；

(c)根据加工时使用刀具的不同将加工过程划分为多个工作子区间W_i，分别提取数控机床每一把刀具加工时对应的信号数据；

(d)分别计算数控机床每把刀具加工时对应信号数据的近似熵值ApEn；

(e)分别将步骤(d)计算得到的每把刀具的近似熵值ApEn与预设的阀值比较，判断每把刀具的磨损状态。

作为进一步优选的，步骤(a)所述的传感器信号为主轴功率或主轴电流信号。

作为进一步优选的，步骤(b)所述预处理为对传感器信号进行低通滤波，以滤除噪声，提高信噪比。

作为进一步优选的，步骤(c)所述的划分工作子区间，是通过监控数控机床换刀过程实现。