“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代數(shù)控刀具監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展研究

石瑤++韓雪++徐海璐

摘 要：數(shù)控加工刀具的在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)對(duì)提升先進(jìn)制造技術(shù)的水平有著重要的影響。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”計(jì)劃的提出，數(shù)控機(jī)床行業(yè)迎來(lái)了新的發(fā)展契機(jī)。該文在刀具在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的研究現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，闡述在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代背景下數(shù)控加工刀具監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：“互聯(lián)網(wǎng)+” 加工刀具 在線(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)

中圖分類(lèi)號(hào)：F234.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）12（a）-0093-02

Abstract：Theon-lineconditionmonitoringofthetoolhasanimportantinfluenceonimprovingthelevelofadvancedmanufacturingtechnology.Withthe“Internet+”planproposed，themachinetoolindustryhasanewdevelopmentopportunity.ThispaperisbasedonthestatusofthetoolonlinemonitoringanddiscussesthedevelopmentofNCmachiningtoolmonitoringtechnologyinthebackgroundof“Internet+”.

Key Words：“Internet+”； Processingtool； On-line condition monitoring

1 數(shù)控機(jī)床刀具在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的重要性

在傳統(tǒng)的機(jī)械加工過(guò)程中，大部分產(chǎn)品的成型是通過(guò)切削加工來(lái)完成的，比較常見(jiàn)的加工有：車(chē)削、銑削、鉆削等方式。而作為進(jìn)行加工的切削刀具，其在進(jìn)行加工時(shí)處于何種狀態(tài)，對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量（例如尺寸精度和表面粗糙度）有著重要的影響[1]。另外，如若刀具在加工時(shí)損壞，還極有可能損壞工件、夾具，更有甚者毀壞機(jī)床；而頻繁更換新的刀具，更會(huì)直接影響停機(jī)時(shí)間，從而影響產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。因此，在高度自動(dòng)化的加工過(guò)程中，監(jiān)測(cè)刀具實(shí)時(shí)狀態(tài)很有必要。當(dāng)?shù)毒邼M(mǎn)足不了加工條件時(shí)，及時(shí)補(bǔ)償?shù)毒吣p量，或更換刀具，能夠在一定程度上提高產(chǎn)品質(zhì)量以及生產(chǎn)效率，同時(shí)保證加工機(jī)床和人的安全。

2 刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展

通常情況下，刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)是在切削加工過(guò)程中對(duì)刀具磨損、破損情況的監(jiān)測(cè)。刀具的實(shí)時(shí)狀態(tài)與切削參數(shù)之間存在著一定的數(shù)學(xué)關(guān)系，準(zhǔn)確判斷刀具的在線(xiàn)實(shí)時(shí)狀態(tài)是采取怎樣的方式調(diào)整切削參數(shù)，或者是否需要更換刀具的基準(zhǔn)[2]。一般，刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)流程如圖1所示。

刀具在線(xiàn)狀態(tài)的監(jiān)測(cè)方法有多種，根據(jù)測(cè)量方式的不同，常用的監(jiān)測(cè)方法有直接監(jiān)測(cè)法和間接監(jiān)測(cè)法。

直接監(jiān)測(cè)法是指通過(guò)某種測(cè)量手段直接測(cè)量刀具的體積或者質(zhì)量的改變，如監(jiān)測(cè)刀具切削刃的位置和形狀的變化等，常見(jiàn)的方法有：接觸檢測(cè)法、放射性檢測(cè)法、超聲波檢測(cè)法和光學(xué)檢測(cè)法。一般直接法只有在刀具沒(méi)有切削任務(wù)時(shí)才能進(jìn)行監(jiān)測(cè)，在切削過(guò)程中不容易測(cè)得，因此直接法不適用于刀具的實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，可以測(cè)得刀具在靜態(tài)下的狀態(tài)。

間接測(cè)量法是通過(guò)監(jiān)測(cè)與刀具磨損狀態(tài)密切聯(lián)系的傳感器信號(hào)（如切削力、溫度、功率等），可以監(jiān)測(cè)一種或者幾種信號(hào)，進(jìn)而間接獲得刀具的磨損狀態(tài)。相對(duì)于直接法，間接法實(shí)施起來(lái)比較容易。間接法可以用于刀具加工過(guò)程中的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，是目前比較普遍的監(jiān)測(cè)方法，如振動(dòng)法、切削溫度法、功率法、切削力法等。

雖然刀具狀態(tài)監(jiān)控技術(shù)已經(jīng)取得了一系列的重大突破，在實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)中也得到一定范圍的應(yīng)用，但系統(tǒng)本身還存在很多問(wèn)題，比如通用性不強(qiáng)，相對(duì)于一般企業(yè)來(lái)說(shuō)，系統(tǒng)成本也較高，為了能夠更加普及應(yīng)用，還需要進(jìn)一步的發(fā)展，比如研發(fā)低成本的特種傳感器，如何有效獲取刀具信息數(shù)據(jù)，提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的適應(yīng)性，增強(qiáng)系統(tǒng)的自我學(xué)習(xí)以及預(yù)測(cè)能力等[3]。

3 “互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代下的刀具監(jiān)測(cè)技術(shù)

隨著“中國(guó)制造2025”、“互聯(lián)網(wǎng)+”等一系列國(guó)家發(fā)展計(jì)劃的提出，制造業(yè)迎來(lái)了新的發(fā)展機(jī)遇。刀具的監(jiān)測(cè)有幾個(gè)關(guān)鍵性的技術(shù)，如傳感技術(shù)、信息處理技術(shù)、特征值提取的優(yōu)化技術(shù)等，這些技術(shù)的理論內(nèi)容很多，每種技術(shù)的不同方法也是各有千秋，系統(tǒng)使用者或者開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)者在一定程度上都是依賴(lài)于個(gè)人或者其團(tuán)隊(duì)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與學(xué)識(shí)，倘若使用者或者開(kāi)發(fā)者沒(méi)有相關(guān)的理論知識(shí)基礎(chǔ)，就很難理解監(jiān)控系統(tǒng)中狀態(tài)過(guò)程與運(yùn)行原理，假如系統(tǒng)出現(xiàn)故障也就無(wú)從下手，在應(yīng)用過(guò)程中也就難以對(duì)系統(tǒng)的性能進(jìn)一步提升。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代，我們要充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。互聯(lián)網(wǎng)上存在著大量的數(shù)據(jù)與信息，我們可以借助于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)平臺(tái)，把這些資源進(jìn)行大數(shù)據(jù)收集，進(jìn)一步挖掘關(guān)鍵技術(shù)中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，進(jìn)行重新分析與整合。同時(shí)，當(dāng)某一系統(tǒng)出現(xiàn)故障，利用無(wú)線(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以將故障信號(hào)傳輸?shù)交ヂ?lián)網(wǎng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的力量，尋找最優(yōu)的解決路徑，也可以將監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)狀態(tài)通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的方式自動(dòng)上傳至網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)中實(shí)時(shí)監(jiān)控，生產(chǎn)者與網(wǎng)絡(luò)使用者都可以查看，根據(jù)得到的狀態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)調(diào)整刀具參數(shù)，甚至進(jìn)行刀具的更換，從而達(dá)到最優(yōu)的控制方式。

4 結(jié)語(yǔ)

在“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，充分發(fā)揮互聯(lián)網(wǎng)在制造業(yè)資源方面的集成和優(yōu)化作用，是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和與數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)收集、挖掘、分析、整合以及智能感應(yīng)能力綜合形成的一種新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)，將“互聯(lián)網(wǎng)+”和數(shù)控加工刀具的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)結(jié)合在一起，對(duì)提升現(xiàn)代先進(jìn)制造水平、研發(fā)高檔數(shù)控機(jī)床有著重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 關(guān)山，康曉峰.在線(xiàn)金屬切削刀具磨損狀態(tài)監(jiān)測(cè)研究的回顧與展望[J].機(jī)床與液壓，2010，38（11）：127-132.

[2] 劉然.刀具磨損狀態(tài)識(shí)別及預(yù)測(cè)研究[D].西南交通大學(xué)，2014.

[3] 蔡紅梅，李秀學(xué)，王其俊.刀具狀態(tài)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)與智能識(shí)別方法研究[J].測(cè)控技術(shù)，2015，34（10）：154-156.