“互聯網+”時代數控刀具監測技術的發展研究

石瑤++韓雪++徐海璐

摘 要：數控加工刀具的在線狀態監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，數控機床行業迎來了新的發展契機。該文在刀具在線狀態監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測技術的發展。

關鍵詞：“互聯網+” 加工刀具 在線狀態監測

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，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，監測刀具實時狀態很有必要。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 刀具狀態監測技術的發展

通常情況下，刀具狀態監測技術是在切削加工過程中對刀具磨損、破損情況的監測。刀具的實時狀態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，刀具狀態監測流程如圖1所示。

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

直接監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測，可以測得刀具在靜態下的狀態。

間接測量法是通過監測與刀具磨損狀態密切聯系的傳感器信號（如切削力、溫度、功率等），可以監測一種或者幾種信號，進而間接獲得刀具的磨損狀態。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測，是目前比較普遍的監測方法，如振動法、切削溫度法、功率法、切削力法等。

雖然刀具狀態監控技術已經取得了一系列的重大突破，在實際的工業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，還需要進一步的發展，比如研發低成本的特種傳感器，如何有效獲取刀具信息數據，提高監測系統的適應性，增強系統的自我學習以及預測能力等[3]。

3 “互聯網+”時代下的刀具監測技術

隨著“中國制造2025”、“互聯網+”等一系列國家發展計劃的提出，制造業迎來了新的發展機遇。刀具的監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者沒有相關的理論知識基礎，就很難理解監控系統中狀態過程與運行原理，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?；ヂ摼W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節，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，尋找最優的解決路徑，也可以將監控系統的實時狀態通過無線網絡的方式自動上傳至網絡，在網絡中實時監控，生產者與網絡使用者都可以查看，根據得到的狀態數據，實時調整刀具參數，甚至進行刀具的更換，從而達到最優的控制方式。

4 結語

在“互聯網+”時代，充分發揮互聯網在制造業資源方面的集成和優化作用，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，將“互聯網+”和數控加工刀具的在線監測技術結合在一起，對提升現代先進制造水平、研發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監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.刀具狀態在線監測與智能識別方法研究[J].測控技術，2015，34（10）：154-156.