“互联网+”时代数控刀具监测技术的发展研究

石瑶++韩雪++徐海璐

摘 要：数控加工刀具的在线状态监测对提升先进制造技术的水平有着重要的影响。随着“互联网+”计划的提出，数控机床行业迎来了新的发展契机。该文在刀具在线状态监测的研究现状基础上，阐述在“互联网+”的时代背景下数控加工刀具监测技术的发展。

关键词：“互联网+” 加工刀具 在线状态监测

中图分类号：F234.3 文献标识码：A 文章编号：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 数控机床刀具在线监测的重要性

在传统的机械加工过程中，大部分产品的成型是通过切削加工来完成的，比较常见的加工有：车削、铣削、钻削等方式。而作为进行加工的切削刀具，其在进行加工时处于何种状态，对产品的质量（例如尺寸精度和表面粗糙度）有着重要的影响[1]。另外，如若刀具在加工时损坏，还极有可能损坏工件、夹具，更有甚者毁坏机床；而频繁更换新的刀具，更会直接影响停机时间，从而影响产品的生产效率。因此，在高度自动化的加工过程中，监测刀具实时状态很有必要。当刀具满足不了加工条件时，及时补偿刀具磨损量，或更换刀具，能够在一定程度上提高产品质量以及生产效率，同时保证加工机床和人的安全。

2 刀具状态监测技术的发展

通常情况下，刀具状态监测技术是在切削加工过程中对刀具磨损、破损情况的监测。刀具的实时状态与切削参数之间存在着一定的数学关系，准确判断刀具的在线实时状态是采取怎样的方式调整切削参数，或者是否需要更换刀具的基准[2]。一般，刀具状态监测流程如图1所示。

刀具在线状态的监测方法有多种，根据测量方式的不同，常用的监测方法有直接监测法和间接监测法。

直接监测法是指通过某种测量手段直接测量刀具的体积或者质量的改变，如监测刀具切削刃的位置和形状的变化等，常见的方法有：接触检测法、放射性检测法、超声波检测法和光学检测法。一般直接法只有在刀具没有切削任务时才能进行监测，在切削过程中不容易测得，因此直接法不适用于刀具的实时在线监测，可以测得刀具在静态下的状态。

间接测量法是通过监测与刀具磨损状态密切联系的传感器信号（如切削力、温度、功率等），可以监测一种或者几种信号，进而间接获得刀具的磨损状态。相对于直接法，间接法实施起来比较容易。间接法可以用于刀具加工过程中的实时监测，是目前比较普遍的监测方法，如振动法、切削温度法、功率法、切削力法等。

虽然刀具状态监控技术已经取得了一系列的重大突破，在实际的工业生产中也得到一定范围的应用，但系统本身还存在很多问题，比如通用性不强，相对于一般企业来说，系统成本也较高，为了能够更加普及应用，还需要进一步的发展，比如研发低成本的特种传感器，如何有效获取刀具信息数据，提高监测系统的适应性，增强系统的自我学习以及预测能力等[3]。

3 “互联网+”时代下的刀具监测技术

随着“中国制造2025”、“互联网+”等一系列国家发展计划的提出，制造业迎来了新的发展机遇。刀具的监测有几个关键性的技术，如传感技术、信息处理技术、特征值提取的优化技术等，这些技术的理论内容很多，每种技术的不同方法也是各有千秋，系统使用者或者开发设计者在一定程度上都是依赖于个人或者其团队的实践经验与学识，倘若使用者或者开发者没有相关的理论知识基础，就很难理解监控系统中状态过程与运行原理，假如系统出现故障也就无从下手，在应用过程中也就难以对系统的性能进一步提升。

在“互联网+”的时代，我们要充分利用网络资源。互联网上存在着大量的数据与信息，我们可以借助于互联网技术平台，把这些资源进行大数据收集，进一步挖掘关键技术中的关键环节，进行重新分析與整合。同时，当某一系统出现故障，利用无线互联网技术可以将故障信号传输到互联网，通过网络的力量，寻找最优的解决路径，也可以将监控系统的实时状态通过无线网络的方式自动上传至网络，在网络中实时监控，生产者与网络使用者都可以查看，根据得到的状态数据，实时调整刀具参数，甚至进行刀具的更换，从而达到最优的控制方式。

4 结语

在“互联网+”时代，充分发挥互联网在制造业资源方面的集成和优化作用，是移动通信网络和与数据、物联网、大数据收集、挖掘、分析、整合以及智能感应能力综合形成的一种新的经济形态，将“互联网+”和数控加工刀具的在线监测技术结合在一起，对提升现代先进制造水平、研发高档数控机床有着重要的意义。

参考文献

[1] 关山，康晓峰.在线金属切削刀具磨损状态监测研究的回顾与展望[J].机床与液压，2010，38（11）：127-132.

[2] 刘然.刀具磨损状态识别及预测研究[D].西南交通大学，2014.

[3] 蔡红梅，李秀学，王其俊.刀具状态在线监测与智能识别方法研究[J].测控技术，2015，34（10）：154-156.