一种刀具加工状态的检测系统及方法与流程

本发明涉及数控机床刀检测领域，具体涉及刀具加工状态的检测系统及方法。

背景技术：

1、数控加工机床因加工效率高且工序集中等特点，成为了制造业中主要加工设备。其中刀具是机床的直接执行件，加工过程中与工件和切屑直接接触，受到剧烈的摩擦和冲击，极易产生磨损，影响机床性能和加工质量。

2、间接检测法是利用切削加工过程与刀具磨损相关的变量参数来间接获取刀具磨损状态，如传统的利用采集主轴电流大小监测刀具状态方法存在判断精度低的缺陷。中国专利cn110421408b公开了一种刀具磨损状态的监测方法，包括：学习阶段：采集正常刀具、待更换磨损刀具加工时主轴的驱动电机电流，分别形成基准电流曲线范围、极限电流曲线范围，分别经过分析处理，生成基准扭力特征曲线范围、极限扭力特征曲线范围；采集阶段：采集待监测刀具加工时主轴的驱动电机电流，形成待分析电流曲线；分析处理阶段：通过对待分析电流曲线进行处理，得到待分析扭力特征曲线；判断处理阶段：将待分析特征扭力曲线与基准扭力特征曲线范围、极限扭力特征曲线范围比较，当待监测刀具处于更换期时，刀具到达磨损极限，需要对其进行更换。

3、虽然上述方法能基于电流生成的上下极限监控刀具状态，但是在实际使用过程中也存在一些问题。首先，若电流的上下极限监控范围设置的太小或者太大时，则存在误报警的情况。其次，上述方法并不能对来料进行预定义，尤其当粗加工铸造毛坯时由于每件毛坯余量厚度的变化范围较大，检测结果存在较大波动，不利于精确检测。再次，其加工过程也不对毛坯和切削参数分组，不能基于刀具状态检测系统来充分利于刀具。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本技术的目的在于，提供一种刀具加工状态的检测系统及方法，可实时监控刀具的状态，并根据刀具的状态变化动态调整主轴电机状态监测的上下限。

2、本技术实施例提供了一种刀具加工状态的检测系统，包括：

3、滚道，所述滚道包括投料滚道及出料滚道，所述投料滚道包括标准毛坯投料滚道及分类编组毛坯投料滚道，所述滚道用以输送毛坯；

4、夹具，所述夹具设置在所述滚道旁，所述夹具用以夹持毛坯；

5、机床本体，所述机床本体包括：

6、运动轴；

7、主轴箱，所述主轴箱与所述运动轴连接；

8、刀具，所述刀具与所述主轴箱连接，所述刀具包括刀盘及刀齿；

9、主轴电流检测装置，所述主轴电流检测装置检测所述刀具加工时的主轴电流；

10、振动频率检测装置，所述振动频率检测装置设置在所述夹具上，所述振动频率检测装置用以检测所述毛坯加工时的振动频率；

11、温度检测装置，所述温度检测装置用以检测所述刀具的温度；

12、报警装置，所述报警装置用以发出报警；

13、数据处理装置，所述数据处理装置与所述报警装置连接，所述数据处理装置对刀具状态进行监控并控制所述报警装置发出报警，所述刀具状态包括所述主轴电流、所述振动频率及所述温度。

14、进一步，所述的刀具加工状态的检测系统，所述刀盘上设置有刀盘凹槽，所述温度检测装置包括：

15、磁性棒，所述磁性棒设置在所述刀盘凹槽中；

16、挡屑套，所述挡屑套隔绝所述磁性棒的磁力，所述挡屑套与所述刀盘凹槽滑动连接；

17、气缸，所述气缸与所述挡屑套连接，所述气缸控制所述挡屑套滑动从而控制所述磁性棒的露出/遮蔽。

18、进一步，所述的刀具加工状态的检测系统，还包括气流压力检测装置，所述气流压力检测装置套设于所述刀具上，所述气流压力检测装置用以检测所述刀齿的空气流量，所述气流压力检测装置包括：

19、刀齿套，所述刀齿套的数量与所述刀齿数量相匹配，所述刀齿套套设在所述刀齿上，所述刀齿套包括：

20、外壳，所述外壳内设置有气道；

21、弹性件，所述弹性件设置在所述外壳内；

22、活塞，所述活塞与所述外壳活动连接，所述活塞通过所述弹性件与所述刀齿接触，所述活塞与所述刀齿形成接触面，所述接触面上设置有窄缝；

23、气管，所述气管与所述刀齿套连接，所述气管向所述气道吹气；

24、压力传感器，所述压力传感器设置在所述活塞上，所述压力传感器检测所述气管吹气时的压力变化。

25、本技术实施例还提供了一种刀具加工状态的检测方法，使用如上所述的刀具加工状态的检测系统，包括：

26、s1)根据刀盘温度变化将刀具的全加工周期划分为不同刀具阶段并根据毛坯的材料切削性能及机加工毛坯余量将所述毛坯分类使所述不同刀具阶段采用不同刀具阶段投放的毛坯，所述不同刀具阶段包括刀具第一阶段、刀具第二阶段、刀具第三阶段及刀具第四阶段，所述分类的毛坯包括硬厚毛坯、硬薄毛坯、软厚毛坯、软薄毛坯及标准毛坯；

27、s2)导入所述不同刀具阶段投放的毛坯的电流修正量b以及极限偏差范围量c，所述极限偏差范围量c包括上极限偏差范围c1及下极限偏差范围c2；

28、s3)在所述不同刀具阶段加工开始前并确保所述刀具没有损坏时获取校准主轴电流曲线a；

29、s4)根据所述校准主轴电流曲线a、所述电流修正量b及极限偏差范围量c确定所述不同刀具阶段的电流上下极限曲线；

30、s5)实时获取加工时的刀具状态并根据所述不同刀具阶段的电流上下极限曲线对所述刀具进行全生命周期监控，所述刀具状态包括刀盘温度、振动频率、及主轴电流变化曲线，所述全生命周期监控包括当所述刀具异常时输出报警信号。

31、进一步，所述的刀具加工状态的检测方法，所述不同刀具阶段采用不同刀具阶段投放的毛坯进一步包括：

32、当所述刀具在所述刀具第一阶段时，使用所述软厚毛坯加工，当所述刀具处于所述刀具第二阶段时，使用所述硬厚毛坯加工，当所述刀具处于所述刀具第三阶段时，使用所述硬薄毛坯加工，当所述刀具处于所述刀具第四阶段时，使用所述软薄毛坯加工。

33、进一步，所述的刀具加工状态的检测方法，所述步骤s3)进一步包括：

34、s31)在所述不同刀具阶段加工开始前投入一件所述标准毛坯进行加工并获取所述标准毛坯的第一主轴电流变化曲线；

35、s32)投入一件所述不同刀具阶段投放的毛坯进行加工并获取校准主轴电流变化曲线a；

36、s33)投入一件所述标准毛坯进行加工并获取所述标准毛坯的第二主轴电流变化曲线；

37、s34)将所述第二主轴电流变化曲线与所述第一主轴电流变化曲线进行比较，若所述第二主轴电流变化曲线与所述第一主轴电流变化曲线相比无变化则继续加工，否则，检查刀具是否损坏。

38、进一步，所述的刀具加工状态的检测方法，所述全生命周期监控进一步包括：

39、s51)实时获取所述毛坯加工时的所述主轴电流变化曲线；

40、s52)将获取的所述主轴电流变化曲线执行报警判断步骤，所述报警判断步骤包括将获取的所述主轴电流变化曲线与所述电流上下极限曲线进行对比，若所述主轴电流变化曲线与所述电流上下极限曲线的异常交点的水平距离加总与所述刀具的切削距离的比值大于所述毛坯沿进给轴方向轮廓误差尺寸则输出报警信号并执行下一步，否则，继续加工；

41、s53)继续加工若干件所述不同刀具阶段投放的毛坯并执行所述报警判断步骤，若持续输出所述报警信号则执行下一步，否则继续加工；

42、s54)连续加工所述若干件标准毛坯并执行所述报警判断步骤，若持续输出所述报警信号，则检查刀具是否损坏，否则将步骤s51)获取的所述主轴电流变化曲线更新为校准主轴电流曲线a并继续加工。

43、进一步，所述的刀具加工状态的检测方法，所述刀具第一阶段的所述刀盘温度为25℃-35℃，所述刀具第二阶段的所述刀盘温度为35℃-43℃，所述刀具第三阶段的所述刀盘温度为43℃-50℃，所述刀具第四阶段的所述刀盘温度为50℃-70℃。

44、进一步，所述的刀具加工状态的检测方法，所述电流上下极限曲线的计算表达式为：

45、y1＝a+b+c1；

46、y2＝a+b-c2；

47、其中，y1，y2为所述电流上下极限曲线；

48、a为所述校准主轴电流曲线；

49、b为所述电流修正量；

50、c1为所述上极限偏差范围；

51、c2为所述下极限偏差范围。

52、进一步，所述的刀具加工状态的检测方法，所述全生命周期监控进一步包括：当所述振动频率与正常所述刀具加工时的振动频率相差超过2赫兹时，检查刀具是否损坏。本技术实施例提供的技术方案具有如下优点：

53、1.由于使用了振动频率检测装置，能实时检测毛坯加工时的振动频率，对刀具异常做出迅速判断；

54、2.由于使用了气流压力检测装置，可以检测空气流过刀齿的空气流量，从而避免使用人工对刀具情况进行判断；

55、3.由于使用了温度检测装置，可以检测刀具在加工时的温度，从而能动态调整监控主轴的电流上下极限曲线；

56、4.由于根据毛坯的材料切削性能及机加工毛坯余量将所述毛坯分类，从而实现充分利用刀具并有利于实现精确的检测；

57、5.由于在不同刀具阶段加工开始前并确保所述刀具没有损坏时获取校准主轴电流曲线a，从而使刀具的监控更精准。