本發(fā)明涉及智能制造與機(jī)械加工，具體為一種高速銑削過(guò)程刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法。

背景技術(shù)：

1、智能制造與機(jī)械加工領(lǐng)域主要關(guān)注高效、精準(zhǔn)的制造技術(shù)及設(shè)備的智能化管理，在智能制造中，數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和優(yōu)化是重要的研究方向，特別是在高速銑削這一典型的加工方式中，刀具的運(yùn)行狀態(tài)直接影響加工件的表面質(zhì)量與尺寸精度，高速銑削以其加工效率高、表面光潔度好的特點(diǎn)廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車制造等高端制造領(lǐng)域，而刀具作為加工核心部件，其狀態(tài)監(jiān)測(cè)已成為提高加工質(zhì)量和效率的主要環(huán)節(jié)，因此，針對(duì)刀具狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)成為高速銑削技術(shù)中的關(guān)鍵需求。

2、在高速銑削過(guò)程，刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)面臨多種挑戰(zhàn)，例如裂紋擴(kuò)展、刀尖彎曲以及刀體振動(dòng)問(wèn)題，這些狀態(tài)的累積可能導(dǎo)致加工件表面平整度下降和尺寸誤差超標(biāo)，而且傳統(tǒng)的刀具監(jiān)測(cè)方法往往依賴單一信號(hào)源或間歇性檢測(cè)，難以實(shí)時(shí)獲取刀具狀態(tài)信息，這種方式存在數(shù)據(jù)覆蓋不足、參數(shù)關(guān)聯(lián)性較低的問(wèn)題，容易導(dǎo)致刀具磨損或失效未被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，此外，現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)刀具狀態(tài)參數(shù)的分析能力有限，尤其是在裂紋分布、刀尖彎曲度及刀體振動(dòng)穩(wěn)定性相關(guān)復(fù)雜參數(shù)的分析上，缺乏有效的融合處理與評(píng)估手段，從而影響加工件的表面平整度和尺寸精度，難以符合目標(biāo)加工件的精度要求，因此，現(xiàn)狀亟需一種多傳感器融合的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法，通過(guò)全面采集和綜合分析刀頭與刀體的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，判斷當(dāng)前高速銑削過(guò)程中刀具運(yùn)行狀態(tài)符合目標(biāo)加工件的精度要求，以提高高速銑削加工精度和效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種高速銑削過(guò)程刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，解決了上述背景技術(shù)中的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：一種高速銑削過(guò)程刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，包括以下步驟；

3、s1、基于部署的多組傳感器，對(duì)高速銑削過(guò)程中刀具的刀頭運(yùn)行狀態(tài)及刀體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以生成刀頭運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合及刀體運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合；

4、s2、分別對(duì)生成的刀頭運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合及刀體運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合進(jìn)行處理，獲取高速銑削過(guò)程中的刀頭運(yùn)行狀態(tài)疲勞參數(shù)及刀體運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定參數(shù)；

5、s3、對(duì)高速銑削過(guò)程中的刀頭運(yùn)行狀態(tài)疲勞參數(shù)及刀體運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定參數(shù)進(jìn)行分析，分別獲取高速銑削過(guò)程中的刀頭狀態(tài)疲勞指數(shù)zph和刀體運(yùn)行狀態(tài)失衡指數(shù)zwd；

6、s4、將高速銑削過(guò)程中的刀頭狀態(tài)疲勞指數(shù)zph和刀體運(yùn)行狀態(tài)失衡指數(shù)zwd分別與設(shè)定的相應(yīng)匹配表進(jìn)行比對(duì)，將比對(duì)后所形成的加工件表面平整度及加工件尺寸誤差最大允許值與目標(biāo)加工件參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，以判斷當(dāng)前高速銑削過(guò)程刀具的合格狀態(tài)。

7、優(yōu)選的，s1具體步驟包括有：

8、s11、生成的刀頭運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合和刀體運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合，具體方式為：

9、s111、預(yù)先在刀具周圍部署多組傳感器，所述多組傳感器包括顯微成像傳感器、激光位移傳感器、三維激光掃描儀、高精度旋轉(zhuǎn)編碼器、加速度傳感器及扭矩傳感器；

10、s112、通過(guò)部署的顯微成像傳感器和激光位移傳感器對(duì)高速銑削過(guò)程中刀具的刀頭運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，進(jìn)而對(duì)高速銑削過(guò)程中的刀頭運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，生成刀頭運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合；

11、s113、通過(guò)部署的三維激光掃描儀、高精度旋轉(zhuǎn)編碼器、加速度傳感器及扭矩傳感器對(duì)高速銑削過(guò)程中刀具的刀體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，經(jīng)特征提取后，進(jìn)而對(duì)高速銑削過(guò)程中的刀體運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行采集，經(jīng)數(shù)據(jù)預(yù)處理后，生成刀體運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合。

12、優(yōu)選的，s2具體步驟包括有：

13、s21、對(duì)s113中所生成的刀頭運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合進(jìn)行處理，以獲取高速銑削過(guò)程中的刀頭運(yùn)行狀態(tài)疲勞參數(shù)，具體方式為：

14、s211、對(duì)刀頭運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合中各個(gè)裂紋處的裂紋長(zhǎng)度進(jìn)行求和計(jì)算，得到高速銑削過(guò)程中的刀頭的裂紋總長(zhǎng)度lcd，并以刀頭運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合中各個(gè)裂紋處的最大裂紋位置寬度，作為各個(gè)裂紋處的裂紋寬度，對(duì)各個(gè)裂紋處的裂紋寬度進(jìn)行求和計(jì)算，得到高速銑削過(guò)程中的刀頭的裂紋總寬度dkd，同時(shí)統(tǒng)計(jì)刀頭運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合中裂紋處數(shù)量，得到高速銑削過(guò)程中的刀頭的裂紋處總數(shù)量nzs。

15、優(yōu)選的，s2具體步驟還包括有：

16、s212、根據(jù)刀體尾部中心點(diǎn)到刀尖的距離及出廠刀具原始規(guī)格尺寸，進(jìn)而得到刀尖實(shí)際長(zhǎng)度與刀尖對(duì)比長(zhǎng)度，將所述刀尖實(shí)際長(zhǎng)度與刀尖對(duì)比長(zhǎng)度進(jìn)行對(duì)比，獲取刀尖實(shí)際長(zhǎng)度與刀尖對(duì)比長(zhǎng)度的比值，將刀尖實(shí)際長(zhǎng)度與刀尖對(duì)比長(zhǎng)度的比值與預(yù)設(shè)的彎曲度映射表進(jìn)行比對(duì)，得到高速銑削過(guò)程中的刀頭的刀尖彎曲度qdj；

17、由高速銑削過(guò)程中的刀頭的裂紋總長(zhǎng)度lcd、裂紋總寬度dkd、裂紋處總數(shù)量nzs及刀尖彎曲度qdj，構(gòu)建高速銑削過(guò)程中的刀頭運(yùn)行狀態(tài)疲勞參數(shù)。

18、優(yōu)選的，s2具體步驟還包括有：

19、s22、對(duì)生成的刀體運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合進(jìn)行處理，以獲取高速銑削過(guò)程中的刀體運(yùn)行狀態(tài)失衡參數(shù)，具體方式為：

20、s221、從刀體運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合中獲取各個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段的振動(dòng)幅值，而后對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段的振動(dòng)幅值進(jìn)行求均值計(jì)算，得到高速銑削過(guò)程中的刀體的振動(dòng)頻率pzd，并篩選出刀體運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合中的最大振動(dòng)幅值和最小振動(dòng)幅值，再將最大振動(dòng)幅值和最小振動(dòng)幅值進(jìn)行數(shù)值求和并取均值，以獲取高速銑削過(guò)程中的刀體的振動(dòng)幅值pzf。

21、優(yōu)選的，s2具體步驟還包括有：

22、s222、從刀體運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)信息集合中提取各個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段的刀體實(shí)際轉(zhuǎn)軸軸線位置，并結(jié)合刀體靜止?fàn)顟B(tài)下通過(guò)幾何測(cè)量和標(biāo)定得到的刀體原始轉(zhuǎn)軸軸線位置，通過(guò)比較刀體實(shí)際轉(zhuǎn)軸軸線與刀體原始轉(zhuǎn)軸軸線的偏移距離，以確定各個(gè)監(jiān)測(cè)時(shí)段的刀體的軸線偏移值，經(jīng)求均值計(jì)算后，得到高速銑削過(guò)程中的刀體的軸線偏移值lpy；

23、s223、由高速銑削過(guò)程中的刀體的振動(dòng)頻率pzd、振動(dòng)幅值pzf及軸線偏移值lpy，構(gòu)建高速銑削過(guò)程中的刀體運(yùn)行狀態(tài)失衡參數(shù)。

24、優(yōu)選的，s3具體步驟包括有：

25、s31、對(duì)高速銑削過(guò)程中的刀頭運(yùn)行狀態(tài)疲勞參數(shù)進(jìn)行分析，獲取高速銑削過(guò)程中的刀頭狀態(tài)疲勞指數(shù)zph；

26、s311、通過(guò)對(duì)高速銑削過(guò)程中的刀頭運(yùn)行狀態(tài)疲勞參數(shù)進(jìn)行分析，經(jīng)無(wú)量綱處理后，擬合獲取刀頭狀態(tài)疲勞指數(shù)zph，所述刀頭狀態(tài)疲勞指數(shù)zph通過(guò)以下公式進(jìn)行獲?。?/p>

27、式中，lcd表示為裂紋總長(zhǎng)度，dkd表示為裂紋總寬度，nzs表示為裂紋處總數(shù)量，qdj表示為刀尖彎曲度，α1、α2、α3及α4分別表示為裂紋總長(zhǎng)度lcd、裂紋總寬度dkd、裂紋處總數(shù)量nzs及刀尖彎曲度qdj的權(quán)重值，a表示為第一修正常數(shù)。

28、優(yōu)選的，s3具體步驟還包括有：

29、s32、對(duì)高速銑削過(guò)程中的刀體運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定參數(shù)進(jìn)行分析，獲取高速銑削過(guò)程中的刀體運(yùn)行狀態(tài)失衡指數(shù)zwd；

30、s321、通過(guò)對(duì)高速銑削過(guò)程中的刀體運(yùn)行狀態(tài)失衡參數(shù)進(jìn)行分析，經(jīng)無(wú)量綱處理后，擬合獲取刀體運(yùn)行狀態(tài)失衡指數(shù)zwd，所述刀體運(yùn)行狀態(tài)失衡指數(shù)zwd通過(guò)以下公式進(jìn)行獲??；

31、

32、式中，pzd表示為振動(dòng)頻率，pzf表示為振動(dòng)幅值，lpy表示為中心軸偏移距離，表示為高速銑削過(guò)程中的刀體正常振動(dòng)頻率，表示為高速銑削過(guò)程中的刀體正常振動(dòng)幅值，β1、β2及β3均表示為權(quán)重值，b表示為第二修正常數(shù)。

33、優(yōu)選的，s4具體步驟包括：

34、s41、對(duì)目標(biāo)加工件參數(shù)進(jìn)行獲取，得到目標(biāo)加工件表面平整度和目標(biāo)加工件尺寸誤差最大允許值；

35、s42、對(duì)高速銑削過(guò)程中的刀頭狀態(tài)疲勞指數(shù)zph與設(shè)定的相應(yīng)匹配表進(jìn)行比對(duì)，將比對(duì)后所形成的加工件表面平整度與目標(biāo)加工件參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，具體方式為：

36、s421、利用歷史數(shù)據(jù)，設(shè)定平整度匹配表，并將高速銑削過(guò)程中的刀頭狀態(tài)疲勞指數(shù)zph與平整度匹配表進(jìn)行比對(duì)，以判定當(dāng)前高速銑削過(guò)程中，所形成的加工件表面平整度；

37、s422、基于所形成的加工件表面平整度，將其與目標(biāo)加工件表面平整度進(jìn)行對(duì)比，若當(dāng)前所形成的加工件表面平整度大于目標(biāo)加工件表面平整度，則判定當(dāng)前所形成的加工件表面平整度符合目標(biāo)加工件的精度要求，反之，則判定當(dāng)前所形成的加工件表面平整度不符合目標(biāo)加工件的精度要求。

38、優(yōu)選的，s4具體步驟還包括有：

39、s43、對(duì)高速銑削過(guò)程中的刀體運(yùn)行狀態(tài)失衡指數(shù)zwd與設(shè)定的相應(yīng)匹配表進(jìn)行比對(duì)，將比對(duì)后所形成的加工件尺寸誤差最大允許值與目標(biāo)加工件參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，具體方式為：

40、s431、利用歷史數(shù)據(jù)，設(shè)定誤差匹配表，將高速銑削過(guò)程中的刀體運(yùn)行狀態(tài)失衡指數(shù)zwd與誤差匹配表進(jìn)行比對(duì)，以判定當(dāng)前高速銑削過(guò)程中，所形成的加工件尺寸誤差最大允許值；

41、s432、基于所形成的加工件尺寸誤差最大允許值，將其與目標(biāo)加工件尺寸誤差最大允許值進(jìn)行對(duì)比，若所形成的加工件尺寸誤差最大允許值小于目標(biāo)加工件尺寸誤差最大允許值，則判定當(dāng)前所形成的加工件尺寸誤差最大允許值符合目標(biāo)加工件的精度要求，反之，則判定當(dāng)前所形成的加工件尺寸誤差最大允許值不符合目標(biāo)加工件的精度要求；

42、s44、將同時(shí)符合目標(biāo)加工件精度要求的加工件表面平整度和加工件尺寸誤差最大允許值，所對(duì)應(yīng)的刀具進(jìn)行標(biāo)記，以標(biāo)記為合格刀具，并將合格刀具所對(duì)應(yīng)的刀頭運(yùn)行狀態(tài)疲勞參數(shù)及刀體運(yùn)行狀態(tài)失衡參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以構(gòu)成合格刀具的刀具運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，并將合格刀具的刀具運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)傳輸至云平臺(tái)，以進(jìn)行可視化展示。

43、本發(fā)明提供了一種高速銑削過(guò)程刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，具備以下有益效果：

44、（1）通過(guò)多步驟、全方位的數(shù)據(jù)采集與分析，判斷當(dāng)前高速銑削過(guò)程中刀具運(yùn)行狀態(tài)是否滿足目標(biāo)加工件的精度要求，以提高高速銑削加工精度和效率；通過(guò)采集和綜合分析刀頭與刀體的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，解決了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方法在精度和實(shí)時(shí)性上的不足，利用顯微成像傳感器、激光位移傳感器、三維激光掃描儀及高精度旋轉(zhuǎn)編碼器多種傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀具的運(yùn)行參數(shù)，包括刀頭的裂紋總長(zhǎng)度lcd、裂紋總寬度dkd、裂紋處總數(shù)量nzs及刀體的振動(dòng)頻率pzd、振動(dòng)幅值pzf及軸線偏移值lpy，通過(guò)多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將刀頭運(yùn)行狀態(tài)疲勞參數(shù)與刀體運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定參數(shù)整合分析，量化為刀頭狀態(tài)疲勞指數(shù)zph和刀體運(yùn)行狀態(tài)失衡指數(shù)zwd，以反映刀具在加工過(guò)程中的整體狀態(tài)；這一方法的核心優(yōu)勢(shì)在于通過(guò)綜合處理分析和動(dòng)態(tài)匹配，將刀具運(yùn)行狀態(tài)與所形成的加工件的表面平整度和尺寸精度需求直接關(guān)聯(lián)，借助歷史數(shù)據(jù)構(gòu)建的匹配表，可實(shí)時(shí)判斷當(dāng)前刀具運(yùn)行狀態(tài)是否符合目標(biāo)加工件的精度要求，提供明確的運(yùn)行狀態(tài)反饋和決策依據(jù)，這種方式確保了刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)性和全面性，有效提高了加工過(guò)程的穩(wěn)定性，減少了因刀具失衡及疲勞導(dǎo)致的誤差，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與綜合分析，該方法使得加工件的表面平整度和尺寸精度得到了可靠保障，不僅降低了停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，還減少了廢品率和材料浪費(fèi)，提升了生產(chǎn)的智能化水平以及高速銑削加工精度和效率。

45、（2）利用多組傳感器全面采集刀頭與刀體的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)，結(jié)合特征提取，構(gòu)建刀具運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)刀具狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和科學(xué)評(píng)估，通過(guò)顯微成像傳感器與激光位移傳感器獲取刀頭裂紋總長(zhǎng)度lcd、裂紋總寬度dkd、裂紋處總數(shù)量nzs及刀尖彎曲度qdj，能夠細(xì)致表征刀頭的疲勞狀態(tài)；同時(shí)，通過(guò)三維激光掃描儀、高精度旋轉(zhuǎn)編碼器及加速度傳感器協(xié)同采集刀體的振動(dòng)頻率pzd、振動(dòng)幅值pzf和軸線偏移值lpy，量化刀體的運(yùn)行穩(wěn)定性，該方法的有益效果在于，突破了傳統(tǒng)依賴單一監(jiān)測(cè)信號(hào)和間歇式檢測(cè)的局限性，通過(guò)多維數(shù)據(jù)融合與無(wú)量綱處理，生成刀頭疲勞參數(shù)與刀體失衡參數(shù)，不僅提高了監(jiān)測(cè)精度，還為后續(xù)的綜合狀態(tài)分析提供了完整數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，將刀頭與刀體運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)動(dòng)態(tài)結(jié)合，構(gòu)建刀具運(yùn)行狀態(tài)的整體狀況，實(shí)現(xiàn)了刀具狀態(tài)從疲勞特性到穩(wěn)定性的更全面的量化描述，相比傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)判斷或單指標(biāo)分析，本方法具備更高的靈活性和精確性，能夠及時(shí)捕捉刀具裂紋、刀尖彎曲及刀體振動(dòng)變化的潛在問(wèn)題，有效預(yù)防因刀具異常引起的加工件表面平整度和尺寸誤差的超標(biāo)，整體而言，該方法提升了高速銑削刀具監(jiān)測(cè)的科學(xué)性和智能化水平，為保障加工精度、延長(zhǎng)刀具使用壽命及優(yōu)化加工效率提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

46、（3）利用歷史數(shù)據(jù)建立刀頭疲勞指數(shù)zph和刀體失衡指數(shù)zwd的匹配表，將刀具運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)與加工件表面平整度和加工件尺寸誤差直接關(guān)聯(lián)，通過(guò)匹配表對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，可以快速判定當(dāng)前加工件是否滿足目標(biāo)精度要求，這種方法的有益效果體現(xiàn)在對(duì)加工件質(zhì)量的動(dòng)態(tài)控制上，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控加工精度的偏差趨勢(shì)，與傳統(tǒng)依賴事后檢測(cè)的方式相比，該方法通過(guò)匹配表的預(yù)設(shè)和實(shí)時(shí)比對(duì)，提高了加工質(zhì)量管理的效率與精確性，此外，這種方式能夠快速識(shí)別由于刀具疲勞或失衡引起的加工質(zhì)量問(wèn)題，從而提前采取調(diào)整措施，有效降低了加工廢品率和返工率，為高端制造領(lǐng)域的精密加工提供了智能化保障，提高了高速銑削加工精度和效率。