基于多模式融合的齒輪加工過程換刀決策方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于多模式融合的齒輪加工過程換刀決策方法。根據(jù)齒輪批量加工過程中，對(duì)刀具經(jīng)驗(yàn)壽命、加工過程的功率信息以及工件抽檢獲取的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行多信息的融合處理，判斷刀具當(dāng)前的狀態(tài)，從而決策是否換刀。本發(fā)明信息采集方法簡(jiǎn)單、穩(wěn)定且成本較低，不影響正常加工；采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，反應(yīng)較快，能及時(shí)提醒操作者換刀；將加工質(zhì)量、功率信息及刀具壽命的監(jiān)控有機(jī)地結(jié)合起來(lái),能在最佳狀態(tài)下?lián)Q刀，有利于保證加工質(zhì)量,降低昂貴的刀具成本并提高加工效率。本方法可在齒輪加工機(jī)床及齒輪加工自動(dòng)生產(chǎn)線上得到廣泛應(yīng)用。
【專利說明】基于多模式融合的齒輪加工過程換刀決策方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到機(jī)械制造業(yè)、網(wǎng)絡(luò)與通訊技術(shù)、信息處理【技術(shù)領(lǐng)域】，屬于制造執(zhí)行系統(tǒng)中信息采集及信號(hào)處理方法，具體涉及一種基于多模式融合的齒輪加工過程換刀決策方法。
[0002]

【背景技術(shù)】
[0003]齒輪批量加工過程中刀具換刀過程復(fù)雜，影響生產(chǎn)效率，同時(shí)刀具價(jià)格十分昂貴，如何通過有效信息的采集進(jìn)行換刀決策很大程度上決定了自動(dòng)化生產(chǎn)系統(tǒng)的工作效率與加工質(zhì)量?，F(xiàn)代制造型企業(yè)必須具有對(duì)刀具出現(xiàn)異常問題的快速反應(yīng)和處理能力，這樣才能維持和提高現(xiàn)代企業(yè)的業(yè)務(wù)競(jìng)爭(zhēng)力。必須監(jiān)測(cè)加工過程中刀具的狀態(tài)信息進(jìn)行換刀決策，以方便車間的操作人員適時(shí)換刀，同時(shí)也方便企業(yè)采購(gòu)部門補(bǔ)充刀具。
[0004]傳統(tǒng)生產(chǎn)加工過程換刀決策主要依賴操作人員根據(jù)質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行估計(jì)，換刀時(shí)機(jī)的準(zhǔn)確度受人為因素影響很大，并且換刀時(shí)沒有記錄相關(guān)信息，追溯難度增大。隨著現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)自動(dòng)化水平的提高，企業(yè)已經(jīng)廣泛采用計(jì)算機(jī)來(lái)處理和管理生產(chǎn)過程，這種人工經(jīng)驗(yàn)估計(jì)的換刀決策方式已經(jīng)滿足不了現(xiàn)代企業(yè)的需要；另外，雖然目前，在部分自動(dòng)化程度較高的車間中，通過傳感器提取切削力、切削熱、噪聲、振動(dòng)等物理信息的特征參數(shù)(幅值、頻率、波形變化等)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)刀具磨損狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估識(shí)別，在宏觀上較好地把握了刀具磨損的走勢(shì)，但是該方法易受傳感器品質(zhì)、外界干擾和信噪比等影響，尚不能具備很強(qiáng)的魯棒性(控制系統(tǒng)在其特性或參數(shù)發(fā)生攝動(dòng)時(shí)仍可使品質(zhì)指標(biāo)保持不變的性能)，無(wú)法指導(dǎo)實(shí)際機(jī)加工過程的換刀決策。
[0005]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)目前車間批量加工過程換刀決策主要依靠現(xiàn)場(chǎng)工人經(jīng)驗(yàn)判斷，另外雖然可通過各種傳感器提取刀具的切削力、切削熱、噪聲、振動(dòng)等物理信息的特征參數(shù)來(lái)估量刀具的磨損狀態(tài)，但這種方法對(duì)傳感器的穩(wěn)定性和可靠性要求很高，尚無(wú)法精確的指導(dǎo)復(fù)雜工況下的換刀等問題，提出的一種數(shù)據(jù)采集及時(shí)、有效信息豐富、智能判別的多信息融合的換刀決策方法。
[0007]解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種基于多模式融合的齒輪加工過程換刀決策方法，根據(jù)加工條件和經(jīng)驗(yàn)估算刀具的加工件數(shù)，通過接口程序從加工過程中采集到的實(shí)時(shí)功率信息中提取加工進(jìn)度，再結(jié)合工件的實(shí)時(shí)功率和工件的質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)綜合判斷刀具的狀態(tài)，進(jìn)而指導(dǎo)工人決策換刀。
[0008]進(jìn)一步，多信息融合換刀決策的步驟為:
①根據(jù)刀具材料、加工方式等信息結(jié)合經(jīng)驗(yàn)預(yù)計(jì)刀具的經(jīng)驗(yàn)加工件數(shù)(預(yù)設(shè)值)；
②調(diào)整好機(jī)床后加工一件工件并進(jìn)行檢測(cè)，如果合格則把加工此工件消耗的功率信息設(shè)為基準(zhǔn)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)或嵌入式終端中作為后續(xù)進(jìn)行功率信息判別的依據(jù)；如果不合格，則調(diào)整后繼續(xù)加工直到加工到第一件合格品為止；
③獲取功率傳感器的功率信息，每加工一件工件，記錄加工該工件消耗的功率信息，并與第②步所設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)功率進(jìn)行比較，若功率出現(xiàn)明顯波動(dòng)則記錄功率異常；
④加工一定件數(shù)后抽取工件進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，將測(cè)得的質(zhì)量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量進(jìn)行比較，若質(zhì)量超標(biāo)則記錄質(zhì)量異常；
⑤綜合第③步到第④步的結(jié)果得到加工完某個(gè)工件后刀具的功率狀態(tài)、加工質(zhì)量狀態(tài)，綜合這二者結(jié)合刀具的使用件數(shù)進(jìn)行決策換刀:若出現(xiàn)有質(zhì)量問題趨勢(shì)，且刀具使用件數(shù)未達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，則加快檢測(cè)頻率；檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題趨勢(shì)擴(kuò)大，則考慮提前換刀。若功率異常增大，但質(zhì)量正常，則送檢刀具；如果是由于非敏感因素變化引起的，則更換刀具，否則檢測(cè)機(jī)床潤(rùn)滑或傳動(dòng)系統(tǒng)等是否有故障，排除后繼續(xù)加工。
[0009]相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明采用多信息融合的換刀決策方法，具有以下有益效果:
①信息采集方法簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，且成本較低，不影響正常加工；
②采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，反應(yīng)較快，能及時(shí)提醒工人換刀；
③將加工質(zhì)量、功率信息及刀具壽命的監(jiān)控有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，既保證了加工質(zhì)量要求，又使刀具得到合理的使用；
④質(zhì)量信息和功率信息的采集和分析都可采用自動(dòng)化軟件在線進(jìn)行，因此這種方法更適合在自動(dòng)化制造系統(tǒng)中應(yīng)用。
[0010]經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，該方法是有效且可行的。利用本發(fā)明將解決批量加工過程中刀具壽命信息提取困難、換刀依賴工人經(jīng)驗(yàn)、易造成浪費(fèi)等問題，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換刀決策，保證加工質(zhì)量，從而提高企業(yè)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管控能力以及增加企業(yè)效益。
[0011]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明方法的原理框圖；
圖2為本發(fā)明具體實(shí)施例刀具決策流程框圖；
圖3為本發(fā)明具體實(shí)施例功率數(shù)據(jù)采集框圖；
圖4為本發(fā)明具體實(shí)施例質(zhì)量數(shù)據(jù)采集框圖。
[0013]

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0015]參見圖1，本發(fā)明基于多模式融合的齒輪加工過程換刀決策方法，根據(jù)齒輪批量加工過程中，對(duì)刀具經(jīng)驗(yàn)壽命、加工過程的功率信息以及工件抽檢獲取的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行多信息的融合處理，判斷刀具當(dāng)前的狀態(tài)，從而決策是否換刀。通過網(wǎng)線將機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)終端相連，在機(jī)床電機(jī)和變頻器之間引入功率傳感器，功率傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換模塊與計(jì)算機(jī)終端連接用以采集加工中的實(shí)時(shí)功率信息，最后，通過質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)獲取加工中的質(zhì)量數(shù)據(jù)。根據(jù)圖2所示的流程進(jìn)行處理，指導(dǎo)實(shí)際加工過程中的換刀決策。
[0016]實(shí)施例1: 加工工件:齒輪；
機(jī)床:YS3118CNC5五軸數(shù)控高速滾齒機(jī)；
傳感器:WBQ212P71 ；
終端:iTouchl21A(-T)嵌入式信息終端；
A/D轉(zhuǎn)換器:HTK-NDC1以太網(wǎng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控服務(wù)器。
[0017]齒輪批量加工過程換刀決策流程如圖2所示，更換新刀具后，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置刀具的經(jīng)驗(yàn)壽命。調(diào)整好機(jī)床后加工一件合格品，將加工此工件消耗的功率信息設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)值，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)或嵌入式終端中作為后續(xù)進(jìn)行功率信息判別的依據(jù)。每加工完一件工件，對(duì)本次加工的功率信息進(jìn)行處理，并與標(biāo)準(zhǔn)功率數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，得到本次加工的功率狀態(tài)。必要時(shí)對(duì)質(zhì)量進(jìn)行抽檢得到加工工件的質(zhì)量狀態(tài)。若出現(xiàn)有質(zhì)量問題趨勢(shì)，且刀具使用件數(shù)未達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，則加快檢測(cè)頻率；檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題趨勢(shì)擴(kuò)大，則考慮提前換刀。
[0018]若功率異常增大，但質(zhì)量正常，則送檢刀具，如果是由于非敏感因素變化引起的則更換刀具，否則檢測(cè)機(jī)床潤(rùn)滑或傳動(dòng)系統(tǒng)等是否有故障，排除后繼續(xù)加工。這種多信息融合的齒輪加工過程換刀決策方法，不僅保證了加工質(zhì)量，還能增加刀具利用率，提高了企業(yè)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的管控能力。
[0019]齒輪批量加工過程換刀決策流程的功率數(shù)據(jù)采集流程如圖3所示，能效監(jiān)測(cè)模塊通過讀取功率傳感器的功率值，獲取工件的實(shí)時(shí)功率信息，并將其與標(biāo)準(zhǔn)功率值進(jìn)行比對(duì)，從而判斷工件的功率狀態(tài)是否正常。每加工完一件工件，換刀決策模塊通過接口程序調(diào)取能效模塊的功率判斷結(jié)果，綜合質(zhì)量數(shù)據(jù)和刀具使用件數(shù)來(lái)決策換刀。
[0020]齒輪批量加工過程換刀決策流程的質(zhì)量數(shù)據(jù)采集流程如圖4所示，質(zhì)量數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過數(shù)顯量具量?jī)x接口、人工錄入接口或者從其他系統(tǒng)導(dǎo)入等方式獲取工件的實(shí)時(shí)質(zhì)量數(shù)據(jù)，然后對(duì)這些質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，得到工件的質(zhì)量狀態(tài):正常或超標(biāo)。換刀決策模塊通過接口程序在需要時(shí)調(diào)取質(zhì)量采集的判斷結(jié)果，綜合功率信息和刀具使用信息來(lái)決策換刀。
[0021]本發(fā)明針對(duì)制齒機(jī)床加工過程刀具壽命信息提取困難和刀具更換時(shí)機(jī)難以把握的問題，提出了一種齒輪加工過程多模式融合的換刀決策方法。該方法依據(jù)齒輪數(shù)控加工過程中，對(duì)刀具的經(jīng)驗(yàn)壽命，加工中功率信息以及質(zhì)量檢測(cè)獲得的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的邏輯判斷與處理，進(jìn)行多信息的融合來(lái)達(dá)到齒輪批量加工中的決策換刀的目的。
[0022]最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.基于多模式融合的齒輪加工過程換刀決策方法，其特征在于，根據(jù)齒輪批量加工過程中，對(duì)刀具經(jīng)驗(yàn)壽命、加工過程的功率信息以及工件抽檢獲取的質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行多信息的融合處理，判斷刀具當(dāng)前的狀態(tài)，從而決策是否換刀。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于多模式融合的齒輪加工過程換刀決策方法，其特征在于，加工過程決策換刀的步驟為: ①根據(jù)刀具材料、加工方式等信息結(jié)合經(jīng)驗(yàn)預(yù)計(jì)刀具的經(jīng)驗(yàn)加工件數(shù)(預(yù)設(shè)值)； ②調(diào)整好機(jī)床后加工一件工件并進(jìn)行檢測(cè)，如果合格，則把加工此工件消耗的功率信息設(shè)為基準(zhǔn)，存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)或嵌入式終端中作為后續(xù)進(jìn)行功率信息判別的依據(jù)；如果不合格，則調(diào)整后繼續(xù)加工直到加工到第一件合格品為止； ③獲取功率傳感器的功率信息，每加工一件工件，記錄加工該工件消耗的功率信息，并與第②步所設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)功率進(jìn)行比較，若功率出現(xiàn)明顯波動(dòng)則記錄功率異常； ④加工一定件數(shù)后抽取工件進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，將測(cè)得的質(zhì)量數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量進(jìn)行比較，若質(zhì)量超標(biāo)則記錄質(zhì)量異常； ⑤綜合第③步到第④步的結(jié)果，得到加工完某個(gè)工件后刀具的功率狀態(tài)、加工質(zhì)量狀態(tài)，綜合這二者結(jié)合刀具的使用件數(shù)進(jìn)行決策換刀:若出現(xiàn)有質(zhì)量問題趨勢(shì)且刀具使用件數(shù)未達(dá)到預(yù)設(shè)值時(shí)，則加快檢測(cè)頻率；檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題趨勢(shì)擴(kuò)大，則考慮提前換刀；若功率異常增大，但質(zhì)量正常，則送檢刀具；如果是由于刀具非敏感部位磨損引起的，則更換刀具，否則檢測(cè)機(jī)床潤(rùn)滑或傳動(dòng)系統(tǒng)等是否有故障，排除后繼續(xù)加工。
【文檔編號(hào)】G05B19/18GK104503361SQ201410839495
【公開日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月30日
【發(fā)明者】劉飛, 曹昌, 李順江, 陽(yáng)濤, 殷凱波, 楊遂意 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)