.S1SJ4.團(tuán) 體 標(biāo) 準(zhǔn)S3數(shù)控加工刀具狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集規(guī)范Cng3發(fā)布 4實施中國圖學(xué)學(xué)會 發(fā)布中國標(biāo)準(zhǔn)出版社 出版S3目 次前言 Ⅲ引言 Ⅳ范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語和定義 1數(shù)據(jù)采集內(nèi)容分類數(shù)據(jù)采集分類數(shù)據(jù)采集內(nèi)容

………………………1………………………1………………………1數(shù)據(jù)采集方法 2監(jiān)測信號數(shù)據(jù)采集方法 2標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集方法 2數(shù)據(jù)采集過程和要求 2監(jiān)測信號采集流程和要求標(biāo)簽信號采集流程和要求

…………2…………3應(yīng)用示例 5附錄A資料性)刀具狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集實例 6附錄B資料性)標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集 8參考文獻(xiàn) 0ⅠS3前 言本文件按照標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則 第1部分標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則的規(guī)定起草。本文件由南京航空航天大學(xué)提出。本文件由中國圖學(xué)學(xué)會歸口。本文件起草單位南京航空航天大學(xué)成都飛機工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司雁棲湖基礎(chǔ)制造技術(shù)研究院北京有限公司。本文件主要起草人李迎光劉長青牟文平李德華華家玘王寧坤朱紹維郝小忠、姜振喜代凱寧錢昱辰劉寬。ⅢS3引 言為滿足新一代裝備的性能需求零件必須具備高精度高強度高性能的特點而數(shù)控加工作為制造領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)在制造中占據(jù)主導(dǎo)地位。加工過程的狀態(tài)預(yù)測是實現(xiàn)智能數(shù)控加工的關(guān)鍵對刀具進(jìn)行精確預(yù)測可以有效地提高加工質(zhì)量和效率降低加工成本。刀具磨損過程異常復(fù)雜基于數(shù)據(jù)驅(qū)動是預(yù)測刀具狀態(tài)的有效方法本文件提出了反應(yīng)刀具狀態(tài)信號的種類采集流程監(jiān)測信號去噪方法及刀具狀態(tài)檢測方法。本文件指導(dǎo)加工系統(tǒng)采集為刀具狀態(tài)預(yù)測提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。高質(zhì)量的監(jiān)測數(shù)據(jù)是精確預(yù)測刀具狀態(tài)的前提本文件指導(dǎo)監(jiān)測信號采集流程數(shù)據(jù)處理及刀具檢測為刀具狀態(tài)預(yù)測提供高質(zhì)量數(shù)據(jù)。本文件的發(fā)布機構(gòu)提請注意聲明符合本文件時可能涉及到專利一種面向自適應(yīng)加工的幾何信息監(jiān)測信息關(guān)聯(lián)方法相關(guān)的專利的使用。本文件的發(fā)布機構(gòu)對于該專利的真實性有效性和范圍無任何立場。該專利持有人已向本文件的發(fā)布機構(gòu)承諾他愿意同任何申請人在合理且無歧視的條款和條件下就專利授權(quán)許可進(jìn)行談判。該專利持有人的聲明已在本文件的發(fā)布機構(gòu)備案。相關(guān)信息可以通過以下聯(lián)系方式獲得:專利持有人姓名劉長青李迎光王強華家玘牟文平地址江蘇省南京市秦淮區(qū)御道街9號南京航空航天大學(xué)明故宮校區(qū)請注意除上述專利外本文件的某些內(nèi)容仍可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。ⅣS3數(shù)控加工刀具狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集規(guī)范范圍本文件規(guī)定了數(shù)控加工過程中刀具狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容分類方法流程要求及實施要求。本文件適用于數(shù)控加工過程中刀具狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)采集。規(guī)范性引用文件件僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改單件僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改單適用于本文件。0機械振動沖擊與狀態(tài)監(jiān)測 詞匯5機械振動與沖擊 振動數(shù)據(jù)采集的參數(shù)規(guī)7C統(tǒng)一架構(gòu) 第8部分?jǐn)?shù)據(jù)訪問術(shù)語和定義8界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。

刀具劣化形式ee包括側(cè)面磨損凹槽磨損裂紋刃邊微崩破損。采樣頻率y單位時間內(nèi)從連續(xù)信號中提取并組成離散信號的采樣個數(shù)。計算機數(shù)字控制C由計算機完成數(shù)值計算并直接發(fā)出控制指令參與控制過程。控制系統(tǒng)工業(yè)接口標(biāo)準(zhǔn)C針對現(xiàn)場控制系統(tǒng)的一個工業(yè)接口標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)據(jù)采集內(nèi)容分類數(shù)據(jù)采集分類數(shù)據(jù)采集按采集對象分為:監(jiān)測信號數(shù)據(jù);標(biāo)簽數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集內(nèi)容監(jiān)測信號數(shù)據(jù)包括機床主軸信號外接傳感器信號。1S3標(biāo)簽數(shù)據(jù)為刀具狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集方法監(jiān)測信號數(shù)據(jù)采集方法通過與數(shù)控系統(tǒng)通信外接傳感器等方法獲取不同監(jiān)測信號。標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集方法通過顯微鏡檢測刀具切削區(qū)域的狀況。數(shù)據(jù)采集過程和要求數(shù)控加工刀具狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集的內(nèi)容包括但不限于:機床內(nèi)部的機床主軸電流功率及伺服電機信號反映刀具狀態(tài)機床內(nèi)部傳感器信號、 。機床內(nèi)部的機床主軸電流功率及伺服電機信號反映刀具狀態(tài)外接傳感器信號常用的外接傳感器信號包括切削力監(jiān)測信號采集流程和要求流程

聲發(fā)射等。流程由布置傳感器信號同步關(guān)聯(lián)信號去噪等組成見圖。圖1監(jiān)測信號采集流程圖監(jiān)測信號采集要求分析任務(wù)確定監(jiān)測信號類型根據(jù)任務(wù)目的及實際條件選擇采集信號的類型采集的數(shù)據(jù)既能實現(xiàn)后續(xù)目的又在當(dāng)前場景下可行。布置傳感器獲取監(jiān)測信號試驗要求如下:2監(jiān)測設(shè)備布置的過程中要保證設(shè)備布置有序不影響加工。

S3測力刀柄易受噪聲影響測力刀柄信號接收器與測力刀柄應(yīng)距離近遮擋少。確保相應(yīng)傳感器緊貼工件。信號同步關(guān)聯(lián)信號采集過程中應(yīng)采用統(tǒng)一的信號采集模塊使用同步脈沖信號控制各信號采樣時間起點確保所有信號的起點時間一致?？刂聘餍盘柾讲杉笠詴r間為錨點實現(xiàn)不同頻率信號的關(guān)聯(lián)匹配。實際采集過程按照。設(shè)置采樣頻率信號的采樣頻率滿足如下要求:外接傳感器的采樣頻率根據(jù)刀具每齒實際切削頻率和采集頻率放大系數(shù)決定每齒切削頻率由機床實際轉(zhuǎn)速與刀具齒數(shù)計算采集頻率放大系數(shù)根據(jù)采樣定理宜選取范圍為如式所示:式中:

f>zk 1)f采樣頻率單位為赫茲;n機床主軸轉(zhuǎn)速單位為轉(zhuǎn)每分;z刀具齒數(shù)單位為個;k采集頻率放大系數(shù)。振動信號按照信號采集過程按照。通過與機床建立通信采集機床主軸電流扭矩信號的采樣頻率應(yīng)根據(jù)機床實際采樣頻率調(diào)整。信號去噪原始信號預(yù)處理應(yīng)按如下步驟執(zhí)行。缺失值處理刪除缺失值所在部分在缺失值處進(jìn)行插值處理。異常值處理搜尋并定位疑似異常值通過與附近的極值對比進(jìn)行判別刪除異常值所在部分在異常值處進(jìn)行插值處理。信號漂移處理通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行去趨勢處理濾除零點漂移即對數(shù)據(jù)減去1條最優(yōu)的擬合曲線去趨勢后的數(shù)據(jù)均值應(yīng)為零。切削過程信號截取根據(jù)刀位點判斷刀具切入切出時刻并截取切削過程信號。2標(biāo)簽信號采集流程和要求流程流程由準(zhǔn)備檢測系統(tǒng)確定檢測區(qū)域刀具對焦及檢測刀具狀況等組成見圖。3S3圖2標(biāo)簽信號采集流程圖檢測刀具狀態(tài)要求獲取標(biāo)簽試驗要求獲取標(biāo)簽試驗要求如下:檢測過程中應(yīng)尋找合適的刀刃識別標(biāo)志檢測所有刀刃;當(dāng)顯微鏡放大倍數(shù)較大時顯微鏡的視野較小確保刀具劣化最為嚴(yán)重的區(qū)域在視野范圍內(nèi);刀具劣化嚴(yán)重區(qū)域要準(zhǔn)確對焦;常見的刀具劣化形式包括刀具磨損微崩崩刃應(yīng)檢測各種形式的劣化;人為因素影響檢測精度要對同一目標(biāo)進(jìn)行多次檢測取平均值為檢測結(jié)果;檢測過程中應(yīng)去除刀具表面附著的切屑及油污。準(zhǔn)備檢測系統(tǒng)刀具狀況檢測方式包括刀具在線檢測離線檢測等方式:刀具在線檢測將檢測系統(tǒng)安裝到機床工作臺以刀具在線的方式檢測;刀具離線檢測將刀具從機床取下放置于顯微鏡檢測刀具狀況。圖3刀具在線檢測系統(tǒng)示意圖4S3確定檢測區(qū)域檢測切削區(qū)域內(nèi)的刀具狀況一般為刀具切削深度內(nèi)區(qū)域。刀具對焦刀具對焦應(yīng)滿足如下要求:檢測刀具狀況時機床暫停加工將檢測系統(tǒng)安置于工作臺對焦第1個刀刃的切削區(qū)域;檢測第1個刀刃后旋轉(zhuǎn)刀具再檢測其他刀刃。檢測刀具狀態(tài)檢測刀具狀態(tài)需滿足如下要求:加工前檢測切削刃原始寬度;加工過程中刀具切削刃原始邊界消失刀具劣化程度計算方法見附錄A中。應(yīng)用示例刀具狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集示例見附錄B。5S3刀具劣化形式

附 錄A資料性)標(biāo)簽數(shù)據(jù)采集切削過程中刀具切削部分壓力大溫度高劣化形式復(fù)雜常見的劣化形式包括側(cè)面磨損凹槽磨損裂紋刃邊微崩破損。檢測刀具過程中需要識別刀具的劣化形式并且分別進(jìn)行測量以上的幾種刀具磨損形式如圖1所示。側(cè)面磨損 凹槽磨損刃邊微崩 崩刃刀具檢測

圖15種常見刀具劣化形式實驗過程中應(yīng)根據(jù)刀具工件材料加工參數(shù)等因素設(shè)置刀具檢測頻率。以下以刀具磨損為例展示劣化程度的檢測方式。一般的刀具微銑刀除外精加工過程中處于初期磨損階段時刀具磨損量為01正常磨損階段為13磨損量達(dá)到3m刀具報廢刀具壽命試驗參照。具體的刀具磨損判別標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)根據(jù)刀具加工任務(wù)的要求靈活設(shè)置。對焦后完成后通過顯微鏡對刀具進(jìn)行拍攝測量刀具磨損量。為減少人為因素對測量精度的影響對每個刃均測量3次并將3次測量的平均值作為刀具磨損量。隨著加工的進(jìn)行刀具原始切削刃消失此時依然將刀具磨損帶寬度作為刀具磨損量將會帶來不可預(yù)估的誤差因此需要測量刀具后刀面6S3未磨損帶寬度通過未磨損帶寬度計算刀具磨損量見式。

……( )式中:

BxWf-Wn

1Bx—需要測量的后刀面最大磨損寬度單位為毫米;Wf —后刀面原始寬度單位為毫米;Wn切削深度內(nèi)后刀面最窄寬度值單位為毫米。7S3傳感器布置

附 錄B資料性)刀具狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集示例為使獲取的監(jiān)測信號有效反映加工狀態(tài)應(yīng)合理布置傳感器。加工過程中采用兩向加速度傳感器監(jiān)測振動信號刀具磨損引發(fā)的振動更多體現(xiàn)在工件上為在后續(xù)的預(yù)測刀具狀態(tài)過程中排除工件幾何影響分別在工件的Y兩側(cè)設(shè)置傳感器。切削力有兩種監(jiān)測方式采用測力刀柄如圖所示采用測力儀如圖所示。其他傳感器的布置方式參照上述原則。測力刀柄獲取切削力 測力儀獲取切削力圖1不同傳感器布置方式多源異構(gòu)數(shù)據(jù)同步關(guān)聯(lián)加工過程中的采集數(shù)據(jù)包括機床內(nèi)部信號外置傳感器信號。首先基于I總線和C通信協(xié)議分別實現(xiàn)機床內(nèi)部信號及外置傳感器信號的同步采集然后通過共享觸發(fā)和時鐘的方式將兩者融合到系統(tǒng)框架中實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的同步采集。本方法采用不同的W工具包進(jìn)行統(tǒng)一的圖形化編程實現(xiàn)數(shù)控加工過程數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測與采集的可視化降低了程序開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)簡化了硬件連接步驟便于實現(xiàn)信號采集。系統(tǒng)支持的測量信號包括溫度壓力振動聲音電壓電流頻率光電阻脈沖周期和數(shù)字信號等為用戶和