“互聯網+”時代數控刀具監(jiān)測技術的發(fā)展研究

石瑤++韓雪++徐海璐

摘 要：數控加工刀具的在線狀態(tài)監(jiān)測對提升先進制造技術的水平有著重要的影響。隨著“互聯網+”計劃的提出，數控機床行業(yè)迎來了新的發(fā)展契機。該文在刀具在線狀態(tài)監(jiān)測的研究現狀基礎上，闡述在“互聯網+”的時代背景下數控加工刀具監(jiān)測技術的發(fā)展。

關鍵詞：“互聯網+” 加工刀具 在線狀態(tài)監(jiān)測

中圖分類號：F234.3 文獻標識碼：A 文章編號：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 數控機床刀具在線監(jiān)測的重要性

在傳統的機械加工過程中，大部分產品的成型是通過切削加工來完成的，比較常見的加工有：車削、銑削、鉆削等方式。而作為進行加工的切削刀具，其在進行加工時處于何種狀態(tài)，對產品的質量（例如尺寸精度和表面粗糙度）有著重要的影響[1]。另外，如若刀具在加工時損壞，還極有可能損壞工件、夾具，更有甚者毀壞機床；而頻繁更換新的刀具，更會直接影響停機時間，從而影響產品的生產效率。因此，在高度自動化的加工過程中，監(jiān)測刀具實時狀態(tài)很有必要。當刀具滿足不了加工條件時，及時補償刀具磨損量，或更換刀具，能夠在一定程度上提高產品質量以及生產效率，同時保證加工機床和人的安全。

2 刀具狀態(tài)監(jiān)測技術的發(fā)展

通常情況下，刀具狀態(tài)監(jiān)測技術是在切削加工過程中對刀具磨損、破損情況的監(jiān)測。刀具的實時狀態(tài)與切削參數之間存在著一定的數學關系，準確判斷刀具的在線實時狀態(tài)是采取怎樣的方式調整切削參數，或者是否需要更換刀具的基準[2]。一般，刀具狀態(tài)監(jiān)測流程如圖1所示。

刀具在線狀態(tài)的監(jiān)測方法有多種，根據測量方式的不同，常用的監(jiān)測方法有直接監(jiān)測法和間接監(jiān)測法。

直接監(jiān)測法是指通過某種測量手段直接測量刀具的體積或者質量的改變，如監(jiān)測刀具切削刃的位置和形狀的變化等，常見的方法有：接觸檢測法、放射性檢測法、超聲波檢測法和光學檢測法。一般直接法只有在刀具沒有切削任務時才能進行監(jiān)測，在切削過程中不容易測得，因此直接法不適用于刀具的實時在線監(jiān)測，可以測得刀具在靜態(tài)下的狀態(tài)。

間接測量法是通過監(jiān)測與刀具磨損狀態(tài)密切聯系的傳感器信號（如切削力、溫度、功率等），可以監(jiān)測一種或者幾種信號，進而間接獲得刀具的磨損狀態(tài)。相對于直接法，間接法實施起來比較容易。間接法可以用于刀具加工過程中的實時監(jiān)測，是目前比較普遍的監(jiān)測方法，如振動法、切削溫度法、功率法、切削力法等。

雖然刀具狀態(tài)監(jiān)控技術已經取得了一系列的重大突破，在實際的工業(yè)生產中也得到一定范圍的應用，但系統本身還存在很多問題，比如通用性不強，相對于一般企業(yè)來說，系統成本也較高，為了能夠更加普及應用，還需要進一步的發(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據，提高監(jiān)測系統的適應性，增強系統的自我學習以及預測能力等[3]。

3 “互聯網+”時代下的刀具監(jiān)測技術

隨著“中國制造2025”、“互聯網+”等一系列國家發(fā)展計劃的提出，制造業(yè)迎來了新的發(fā)展機遇。刀具的監(jiān)測有幾個關鍵性的技術，如傳感技術、信息處理技術、特征值提取的優(yōu)化技術等，這些技術的理論內容很多，每種技術的不同方法也是各有千秋，系統使用者或者開發(fā)設計者在一定程度上都是依賴于個人或者其團隊的實踐經驗與學識，倘若使用者或者開發(fā)者沒有相關的理論知識基礎，就很難理解監(jiān)控系統中狀態(tài)過程與運行原理，假如系統出現故障也就無從下手，在應用過程中也就難以對系統的性能進一步提升。

在“互聯網+”的時代，我們要充分利用網絡資源。互聯網上存在著大量的數據與信息，我們可以借助于互聯網技術平臺，把這些資源進行大數據收集，進一步挖掘關鍵技術中的關鍵環(huán)節(jié)，進行重新分析與整合。同時，當某一系統出現故障，利用無線互聯網技術可以將故障信號傳輸到互聯網，通過網絡的力量，尋找最優(yōu)的解決路徑，也可以將監(jiān)控系統的實時狀態(tài)通過無線網絡的方式自動上傳至網絡，在網絡中實時監(jiān)控，生產者與網絡使用者都可以查看，根據得到的狀態(tài)數據，實時調整刀具參數，甚至進行刀具的更換，從而達到最優(yōu)的控制方式。

4 結語

在“互聯網+”時代，充分發(fā)揮互聯網在制造業(yè)資源方面的集成和優(yōu)化作用，是移動通信網絡和與數據、物聯網、大數據收集、挖掘、分析、整合以及智能感應能力綜合形成的一種新的經濟形態(tài)，將“互聯網+”和數控加工刀具的在線監(jiān)測技術結合在一起，對提升現代先進制造水平、研發(fā)高檔數控機床有著重要的意義。

參考文獻

[1] 關山，康曉峰.在線金屬切削刀具磨損狀態(tài)監(jiān)測研究的回顧與展望[J].機床與液壓，2010，38（11）：127-132.

[2] 劉然.刀具磨損狀態(tài)識別及預測研究[D].西南交通大學，2014.

[3] 蔡紅梅，李秀學，王其俊.刀具狀態(tài)在線監(jiān)測與智能識別方法研究[J].測控技術，2015，34（10）：154-156.