CN105014481A - 便携式刀具磨损测量仪及采用该测量仪预测刀具剩余使用寿命的方法 - Google Patents

便携式刀具磨损测量仪及采用该测量仪预测刀具剩余使用寿命的方法 Download PDF

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Abstract

便携式刀具磨损测量仪及采用该测量仪预测刀具剩余使用寿命的方法，涉及刀具磨损测量技术。它为了解决现有的刀具磨损测量装置软/硬件***庞大，安装调试麻烦，以及刀具使用寿命的判断多以人工经验为主，判断不准确的问题。本发明的壳体上设置有开口，用于将刀具伸入测量仪，刀具周围设置有摄像头和光源灯，使用全新的该种刀具在特定切削参数下对工件进行多次切削，直到刀面磨损量达到磨钝标准为止，记录每次切削的时间和刀面磨损量；数据处理电路将每次切削的时间和刀面磨损量拟合成曲线，即寿命曲线。测量使用过的刀具的磨损量，与寿命曲线进行对比，得到该刀具的寿命。本发明结构简单，安装方便，寿命预测准确。

Description

便携式刀具磨损测量仪及采用该测量仪预测刀具剩余使用寿命的方法
技术领域
本发明涉及刀具磨损测量技术和刀具剩余使用寿命预测技术。
背景技术
现有的刀具磨损测量装置大多使用各种信号传感器，例如声发射传感器、图像传感器等，通过信号处理设备将从传感器所获得的信号进行处理，然后发送到终端PC机，整个刀具磨损测量装置软/硬件***庞大，安装调试麻烦，不适合在实际生产过程中使用，而且测量前，需要将刀片从刀杆处取下进行测量，不仅浪费大量时间，且容易造成二次装夹误差。
对于已经出现磨损的刀具，目前还没有较好的可预测其可继续使用时间的刀具剩余使用寿命预测方法。对于切削过程中刀具使用寿命的判断还多是以人工经验为主，切削进行一段时间后，刀具会出现磨损，而对于出现磨损的刀具，其继续使用的时间还很难确定。由于凭借工人经验的判断不准确，会发生还可以继续使用的刀具被废弃，或刀具已经报废还在进行切削的情况，从而导致刀具浪费或所加工工件不合格乃至报废。且对于新材料的切削，无法凭借经验判断出出现磨损的刀片还可继续进行切削的切削时间。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的刀具磨损测量装置软/硬件***庞大，安装调试麻烦，不适合在实际生产过程中使用，以及刀具使用寿命的判断多以人工经验为主，判断不准确的问题，提供一种便携式刀具磨损测量仪及采用该测量仪预测刀具剩余使用寿命的方法。
本发明所述的便携式刀具磨损测量仪，包括壳体1、数据处理电路2、显示屏3、一个或多个摄像头4、一个或多个光源灯5和电池10；
所述壳体1上设置有开口，所述开口用于将安装在机床上的刀具6伸入所述的便携式刀具磨损测量仪中，刀具6周围设置有摄像头4和光源灯5，数据处理电路2和电池10均设置在壳体1内部，显示屏3设置在壳体1的外表面；
电池10用于为所述的便携式刀具磨损测量仪提供工作电源；
摄像头4的信号输出端连接数据处理电路2的图像信号输入端，数据处理电路2的数据输出端连接显示屏3。
所述测量仪还包括锁紧环8和刀杆夹具9，锁紧环8位于壳体1顶部开口的外部，且锁紧环8的一端固定在壳体1顶部，另一端能够绕锁紧环8的轴线旋转，刀杆夹具9设置在锁紧环8的中心孔内，刀杆夹具9中心也设置有孔，该孔用于放置刀杆7，锁紧环8旋转时，能够改变刀杆夹具9的直径。
采用上述便携式刀具磨损测量仪预测刀具剩余使用寿命的方法为：采用便携式刀具磨损测量仪测量待测刀具的刀面磨损量，将所述刀面磨损量与该种刀具在对应的工件材料和切削参数下的刀具寿命曲线进行比对，得到该待测刀具的剩余使用寿命；
所述寿命曲线通过以下步骤获得：
步骤一、使用全新的该种刀具在所述切削参数下对所述工件材料进行多次切削，直到刀面磨损量达到磨钝标准为止，记录每次切削的时间，并测量每次切削后的刀面磨损量；
步骤二、数据处理电路2将每次切削的时间和对应的刀面磨损量拟合成曲线，该曲线即为该种刀具对应于上述工件材料和上述切削参数的寿命曲线，该寿命曲线存储在数据存储单元中；
步骤三、更换不同种类的刀具、切削参数和工件材料，重复上述步骤一和步骤二，得到不同种类的刀具对应于不同工件材料和不同切削参数的寿命曲线。
本发明具有以下有益效果：
1、在对刀具进行磨损测量时，只需要通过旋转锁紧环使刀杆夹具将刀杆夹住，通过锁紧环锁紧刀杆后，便可以对刀具的磨损进行测量，不需要拆卸刀片，避免了由于装卸刀具而造成的二次装夹误差。
2、本发明结构简单，实现方便，没有复杂的软硬件***，测量过程中大大节省了装夹时间，提高了效率，易于在加工现场使用，易于推广。
3、可以对已使用过的刀具进行剩余寿命预测，预测结果准确，避免了由于工人经验的推断不准确导致还可以继续使用的刀具被废弃，或刀具已经报废还在进行切削的情况。减少了刀具浪费、所加工工件不合格或报废的情况。
4、数据处理电路2可以对所获得的刀具寿命曲线进行数据拟合，学习数据越大，预测的准确度越高。并对最终所获的刀具寿命曲线进行存储，为刀具的使用提供原始数据。
5、数据处理电路2在对刀具磨损进行测量时可以将所获得的数据存储在内部的计算芯片里，可以方便随时查阅，为对刀具磨损的分析储备大量的数据。
附图说明
图1是实施方式一所述的便携式刀具磨损测量仪的结构示意图，图中刀杆上方的圆柱结构为机床主轴；
图2是以图1为基础，从箭头方向看过去得到的结构示意图；
图3是实施方式一所述的便携式刀具磨损测量仪的主视图；
图4是图3中沿A-A方向的剖面图；
图5是图3中沿B-B方向的剖面图；
图6是实施方式一所述的便携式刀具磨损测量仪的剖视图；
图7是实施方式六中的寿命曲线；
图8是实施方式六中刀具寿命预测的学习流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图6说明本实施方式，本实施方式所述的便携式刀具磨损测量仪，包括壳体1、数据处理电路2、显示屏3、一个或多个摄像头4、一个或多个光源灯5和电池10；
所述壳体1顶部设置有开口，所述开口用于将安装在机床上的刀具6伸入所述的便携式刀具磨损测量仪中，刀具6周围设置有摄像头4和光源灯5，数据处理电路2和电池10均设置在壳体1内部，显示屏3设置在壳体1的外表面；
电池10用于为所述的便携式刀具磨损测量仪提供工作电源；
摄像头4的信号输出端连接数据处理电路2的图像信号输入端，数据处理电路2的数据输出端连接显示屏3。
本实施方式所述的便携式刀具磨损测量仪在使用时，不需要将刀具从机床上取下，只需将壳体1套在刀杆7上即可。摄像头4用来采集刀刃表面的图像，光源灯5用于为摄像头4提供明亮的环境，使摄像头4能够采集到清晰的图像。摄像头4将采集到的图像发送给数据处理电路2，数据处理电路2对图像进行处理，计算得到磨损程度的数据，得到刀面磨损量，并刀面磨损量通过显示屏3显示出来，也可将图像一并显示出来。数据处理电路2采用现有的计算芯片和常规的图像处理技术即可实现。数据处理电路2还能够存储图像、处理和计算过程中的数据。
本实施方式所述的便携式刀具磨损测量仪结构小巧，安装过程简单方便，非常适合在实际生产过程中的应用。由于不需要将刀具从机床上取下就可以测量，避免了二次装夹带来的误差。
具体实施方式二：结合图1至图3、以及图6说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的便携式刀具磨损测量仪的进一步限定，本实施方式中，所述测量仪还包括锁紧环8和刀杆夹具9，锁紧环8位于壳体1顶部开口的外部，且锁紧环8的一端固定在壳体1顶部，另一端能够绕锁紧环8的轴线旋转，刀杆夹具9设置在锁紧环8的中心孔内，刀杆夹具9中心也设置有孔，该孔用于放置刀杆7，锁紧环8旋转时，能够改变刀杆夹具9的直径。
如图1所示，锁紧环8和刀杆夹具9均为常规结构，刀杆夹具9沿圆周方向分为相同的几部分，相邻两部分之间有间隙。将刀杆7穿过刀杆夹具9，旋转锁紧环8，则刀杆夹具9各部分之间的间隙变小，将刀杆7夹紧。
具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的便携式刀具磨损测量仪的进一步限定，本实施方式中，所述的壳体1的侧面开有窗口。
壳体1侧面的窗口可用来观察测量仪是否安装正确，并可以实时观察测量过程。且由于开有该窗口，外界光线可以进入壳体1，因而可以适当减小光源灯5的亮度或数量，进而减小测量仪的能耗。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的便携式刀具磨损测量仪的进一步限定，本实施方式中，摄像头4的数量为8，8个摄像头4均匀布置在刀具6周围。
如图1所示，8个摄像头4分成上下两层均匀分布在刀具6的周围，这种分布方式能够从多个角度采集刀具6的表面图像，得到的图像像差小，使得最终得到的磨损数据更加准确。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式四所述的便携式刀具磨损测量仪的进一步限定，本实施方式中，光源灯5的数量为4，4个光源灯5均匀布置在刀具6周围。
如图1所示，多个光源灯5均匀布置在刀具6周围，使刀具6表面各个位置的亮度基本相同，避免了因亮度不一致而导致图像处理带来的误差，使得最终得到的磨损数据更加准确。
具体实施方式六：结合图7和图8说明本实施方式，本实施方式是采用实施方式一所述的便携式刀具磨损测量仪预测刀具剩余使用寿命的方法，该方法为：采用便携式刀具磨损测量仪测量待测刀具的刀面磨损量，将所述刀面磨损量与该种刀具在对应的工件材料和切削参数下的刀具寿命曲线进行比对，得到该待测刀具的剩余使用寿命；
所述寿命曲线通过以下步骤获得：
步骤一、使用全新的该种刀具在所述切削参数下对所述工件材料进行多次切削，直到刀面磨损量达到磨钝标准为止，记录每次切削的时间，并测量每次切削后的刀面磨损量；
步骤二、数据处理电路2将每次切削的时间和对应的刀面磨损量拟合成曲线，该曲线即为该种刀具对应于上述工件材料和上述切削参数的寿命曲线，该寿命曲线存储在数据存储单元中；
步骤三、更换不同种类的刀具、切削参数和工件材料，重复上述步骤一和步骤二，得到不同种类的刀具对应于不同工件材料和不同切削参数的寿命曲线。
本实施方式所述的方法，重点在于采用实施方式二所述的便携式刀具磨损测量仪来得到各种刀具对应于不同工件材料和切削参数的寿命曲线，即下文所述的学习过程，该学习过程具体为：
如图8所示，使用新刀具A在A组切削参数下对工件材料A进行切削，切削一段时间t1后，机床暂停，用所述的便携式刀具磨损测量仪测量此时的刀具后刀面磨损量VB1，再切削一段时间至t2后，机床暂停，用所述的便携式刀具磨损测量仪测量此时的刀具后刀面磨损量VB2，按照此方法进行多次测量，直到刀具后刀面磨损量VB达到磨钝标准为止，此时数据处理电路2内嵌入的刀具寿命预测软件自动生成切削时间t与刀具后刀面磨损量VB的关系曲线，即刀具寿命曲线，并将该刀具寿命曲线存储于所述的内部计算芯片中。为了得到更准确的刀具寿命曲线，可采用多次测量的方式，更换新的刀具A，重复上述测量过程，将得到的多个曲线拟合成一条曲线，即刀具寿命曲线。更换新的刀具A，并更换切削参数和工件材料重复上述过程，重复以上测量，测量的时间间隔可以不同，得出刀具A对应于不同工件材料和不同切削参数的刀具寿命曲线。再将刀具A换成其他种类的刀具B，采用上述方法测量刀具B对应于不同工件材料和不同切削参数的刀具寿命曲线。
对于不同的工件材料、不同的加工参数、不同的刀片，在生产过程中需要便携式刀具磨损测量仪进行学习，最终获得所得不同的工件材料、不同的加工参数、不同的刀片刀具寿命曲线。
在以后的测量中，对于刀具A,在A组切削参数下对工件材料A进行切削,对切削一定时间后的刀具A使用所述的便携式刀具磨损测量仪进行测量，将测量得到的刀面磨损量与对应的刀具寿命曲线进行比较，便可获得刀具A在A组切削参数下，还可对加工材料A进行加工的加工时间，即刀具的使用寿命。

Claims (6)

1.便携式刀具磨损测量仪，其特征在于，它包括壳体(1)、数据处理电路(2)、显示屏(3)、一个或多个摄像头(4)、一个或多个光源灯(5)和电池(10)；
所述壳体(1)顶部设置有开口，所述开口用于将安装在机床上的刀具(6)伸入所述的便携式刀具磨损测量仪中，刀具(6)周围设置有摄像头(4)和光源灯(5)，数据处理电路(2)和电池(10)均设置在壳体(1)内部，显示屏(3)设置在壳体(1)的外表面；
电池(10)用于为所述的便携式刀具磨损测量仪提供工作电源；
摄像头(4)的信号输出端连接数据处理电路(2)的图像信号输入端，数据处理电路(2)的数据输出端连接显示屏(3)。
2.根据权利要求1所述的便携式刀具磨损测量仪，其特征在于，所述测量仪还包括锁紧环(8)和刀杆夹具(9)，锁紧环(8)位于壳体(1)顶部开口的外部，且锁紧环(8)的一端固定在壳体(1)顶部，另一端能够绕锁紧环(8)的轴线旋转，刀杆夹具(9)设置在锁紧环(8)的中心孔内，刀杆夹具(9)中心也设置有孔，该孔用于放置刀杆(7)，锁紧环(8)旋转时，能够改变刀杆夹具(9)的直径。
3.根据权利要求1所述的便携式刀具磨损测量仪，其特征在于，所述的壳体(1)的侧面开有窗口。
4.根据权利要求1所述的便携式刀具磨损测量仪，其特征在于，摄像头(4)的数量为8，8个摄像头(4)均匀布置在刀具(6)周围。
5.根据权利要求4所述的便携式刀具磨损测量仪，其特征在于，光源灯(5)的数量为4，4个光源灯(5)均匀布置在刀具(6)周围。
6.采用权利要求1所述的便携式刀具磨损测量仪预测刀具剩余使用寿命的方法，其特征在于，该方法为：采用便携式刀具磨损测量仪测量待测刀具的刀面磨损量，将所述刀面磨损量与该种刀具在对应的工件材料和切削参数下的刀具寿命曲线进行比对，得到该待测刀具的剩余使用寿命；所述刀具寿命曲线通过以下步骤获得：
步骤一、使用全新的该种刀具在所述切削参数下对所述工件材料进行多次切削，直到刀面磨损量达到磨钝标准为止，记录每次切削的时间，并测量每次切削后的刀面磨损量；
步骤二、数据处理电路(2)将每次切削的时间和对应的刀面磨损量拟合成曲线，该曲线即为该种刀具对应于上述工件材料和上述切削参数的寿命曲线，该寿命曲线存储在数据存储单元中；
步骤三、更换不同种类的刀具、切削参数和工件材料，重复上述步骤一和步骤二，得到不同种类的刀具对应于不同工件材料和不同切削参数的寿命曲线。
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