刀具監(jiān)控系統(tǒng)隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，數(shù)控機(jī)床設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助用戶及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握數(shù)控機(jī)床設(shè)備的運(yùn)行情況，能夠幫助用戶及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常問(wèn)題并快速解決，從而提高數(shù)控機(jī)床設(shè)備的運(yùn)行效率，降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)整體生產(chǎn)效率。目前國(guó)內(nèi)用戶對(duì)于數(shù)控機(jī)床設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用需求已逐漸提升，由此通過(guò)數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程監(jiān)控上云來(lái)提高企業(yè)整體的管理水平，提高管理效率降低能耗。一、應(yīng)用場(chǎng)景1、在工廠中，設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)是非常重要的工作，它直接影響著生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，利用數(shù)控機(jī)床設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行情況，并提供一些簡(jiǎn)單易用的分析方法。2、在車(chē)間內(nèi)，數(shù)控機(jī)床設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以對(duì)車(chē)間內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)能夠快速定位故障點(diǎn)并處理，從而提升車(chē)間內(nèi)工作效率，降低生產(chǎn)成本。3、在工廠外，數(shù)控機(jī)床設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助客戶管理工廠內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況和生產(chǎn)信息，實(shí)時(shí)掌握工廠生產(chǎn)情況，提升客戶滿意度。4、在企業(yè)內(nèi)部，數(shù)控機(jī)床設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠內(nèi)部不同類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行統(tǒng)一管理和調(diào)度。二、系統(tǒng)組成物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過(guò)對(duì)對(duì)機(jī)床各項(xiàng)數(shù)據(jù)的采集，將實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)及相關(guān)信息通過(guò)云平臺(tái)上報(bào)至企業(yè)服務(wù)器，通過(guò)云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)控設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控；在云平臺(tái)上通過(guò)對(duì)各種監(jiān)測(cè)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，利用軟件或硬件實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)控設(shè)備運(yùn)行情況，當(dāng)數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并在第一時(shí)間發(fā)出報(bào)警信息；數(shù)控機(jī)床云平臺(tái)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是對(duì)各類(lèi)數(shù)控設(shè)備的操作、維護(hù)、保養(yǎng)等相關(guān)信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，從而為企業(yè)管理提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)控機(jī)床設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)可提供全過(guò)程監(jiān)控與報(bào)警功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)控機(jī)床的實(shí)時(shí)監(jiān)控，同時(shí)支持報(bào)警功能，如遇異常情況能及時(shí)報(bào)警提醒相關(guān)人員進(jìn)行處理。此外該系統(tǒng)還支持在線監(jiān)測(cè)功能與故障診斷功能。三、系統(tǒng)功能數(shù)控機(jī)床設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)是基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)，為企業(yè)提供對(duì)機(jī)床設(shè)備數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測(cè)和預(yù)警功能，幫助用戶及時(shí)掌握數(shù)控機(jī)床設(shè)備運(yùn)行情況，提升生產(chǎn)效率。 1、數(shù)控機(jī)床設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)：實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)控機(jī)床設(shè)備的各項(xiàng)信息進(jìn)行采集、分析和處理，包括設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、故障信息和報(bào)警信息等。2、數(shù)控機(jī)床狀態(tài)分析：根據(jù)采集到的信息進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，生成相關(guān)報(bào)表和圖表。 3、異常報(bào)警功能：當(dāng)數(shù)控機(jī)床發(fā)生異常時(shí)，會(huì)通過(guò)短信、APP、消息推送或電話語(yǔ)音報(bào)警及時(shí)提醒用戶。 4、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析：基于不同的應(yīng)用場(chǎng)景可以設(shè)置不同的統(tǒng)計(jì)分析指標(biāo)。例如，可以將設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比，分析報(bào)警原因；也可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和性能進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析等。5、故障診斷功能：通過(guò)對(duì)故障發(fā)生的位置進(jìn)行定位，然后根據(jù)所采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算就可以找出故障原因。

刀具監(jiān)控應(yīng)用背景隨著生產(chǎn)自動(dòng)化和智能化程度的提高，對(duì)刀具破損在線監(jiān)控提出了更高的要求。在切削加工過(guò)程中，刀具的切削刃不僅承受著很高的切削力和切削溫度，同時(shí)由于加工材料中含有的硬質(zhì)點(diǎn)也會(huì)給高速運(yùn)行中的刀具造成沖擊，這些復(fù)雜的工況都容易造成刀具在加工過(guò)程中的破損。加工過(guò)程中破損的刀具如果未及時(shí)更換而繼續(xù)加工將會(huì)導(dǎo)致切削力和切削溫度急劇升高，加工出來(lái)的工件表面粗糙度和尺寸超差，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致機(jī)床的損壞以及危及到操作人員。因此對(duì)于生產(chǎn)線批量生產(chǎn)刀具破損在線監(jiān)控是非常有必要的。近年來(lái)隨著生產(chǎn)人工成本的增加，制造企業(yè)對(duì)機(jī)械加工過(guò)程的效率要求越來(lái)越高，這種市場(chǎng)的要求使得越來(lái)越多的機(jī)械制造企業(yè)將更大的資金投入到自動(dòng)化程度更高、智能化程度更高的數(shù)控生產(chǎn)線的應(yīng)用領(lǐng)域。雖然這些先進(jìn)的生產(chǎn)模式大大的節(jié)約了人工成本，提高了加工效率，但是對(duì)工藝系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控提出了很高的要求。工藝系統(tǒng)中對(duì)刀具的監(jiān)控是＊關(guān)鍵的，刀具的狀態(tài)不僅影響產(chǎn)線節(jié)拍、還關(guān)系到產(chǎn)線的加工效率以及機(jī)床等工藝系統(tǒng)的安全。傳統(tǒng)的機(jī)械加工方式中刀具的狀態(tài)一般都是憑借機(jī)床操作人員的觀察與經(jīng)驗(yàn)判斷刀具是否破損，這種判斷方法帶有很強(qiáng)的主觀性。隨著生產(chǎn)車(chē)間自動(dòng)化和智能程度的大大提高，車(chē)間的生產(chǎn)線大多數(shù)都是由很少的人來(lái)管理或者智能化更高的產(chǎn)線甚至出現(xiàn)無(wú)人值守，顯然傳統(tǒng)的依靠機(jī)床操作人員個(gè)人經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷切削過(guò)程中刀具的是否需要更換已經(jīng)不能滿足當(dāng)前這些先進(jìn)的制造模式。當(dāng)前很多的生產(chǎn)線都是統(tǒng)計(jì)刀具當(dāng)前的加工時(shí)間或加工件數(shù)作為換刀的依據(jù)，而這種方法作為換刀的依據(jù)往往在設(shè)置加工件數(shù)或加工時(shí)間的時(shí)候較為保守，很可能會(huì)導(dǎo)致刀具壽命的浪費(fèi)，同時(shí)如果在刀具壽命內(nèi)出現(xiàn)刀具突然的破損也是無(wú)法預(yù)測(cè)的。刀具失效主要形式有刀具磨損和刀具破損。在加工過(guò)程中刀具的磨損是一個(gè)逐漸變化的過(guò)程，只要是運(yùn)動(dòng)中的刀具與工件接觸就會(huì)發(fā)生刀具磨損。一般刀具都有一個(gè)磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，刀具在切削過(guò)程中沒(méi)有達(dá)到該磨鈍標(biāo)準(zhǔn)就失去了切削加工的能力，這種現(xiàn)象就是刀具破損。以刀具在切削加工中破損現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)間來(lái)劃分，刀具破損有前期破損和后期破損之分。在剛開(kāi)始切削加工時(shí)切削刃和刀面并沒(méi)有出現(xiàn)明顯的磨損但是刀具失去了切削能力，刀具出現(xiàn)的這種現(xiàn)象稱(chēng)為前期破損。刀具后期破損則是刀具在切削一段時(shí)間后導(dǎo)致的刀具失去切削能力。刀具破損的另一種劃分是根據(jù)破損形式分為塑性破損與脆性破損。

刀具監(jiān)控系統(tǒng)一般由信號(hào)檢測(cè)、特征提取和狀態(tài)識(shí)別三部分組成，其關(guān)鍵技術(shù)有智能傳感、信息融合、信號(hào)處理和智能學(xué)習(xí)決策。1.智能傳感1.1智能傳感技術(shù)多傳感器信息融合與單一傳感器信號(hào)處理有著本質(zhì)區(qū)別。多傳感器的信息更復(fù)雜，能夠在不同層次上融合集成。經(jīng)融合后的信息具有冗余、互補(bǔ)、實(shí)時(shí)與低成本性，且多傳感器融合的信息更全面、更準(zhǔn)確。1.2智能傳感技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)信息采集由單傳感器向多傳感器發(fā)展，特征提取由單特征值向多特征值發(fā)展；多傳感器信息采集成為趨勢(shì)。多傳感器獲取多種信號(hào)，進(jìn)行多參數(shù)的智能決策；開(kāi)發(fā)靈敏度高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝方便、抗干擾的傳感器；向多傳感器信息融合的方向發(fā)展，尤其是基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多傳感器信息融合。2.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多傳感器信息融合信息融合需要有效算法和較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)分別滿足此要求，因此信息融合在刀具監(jiān)測(cè)中廣泛應(yīng)用。多傳感器信息融合與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，構(gòu)成多參數(shù)、多模型系統(tǒng)，應(yīng)用于刀具監(jiān)測(cè)中，前景廣闊。基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的多傳感器信息融合具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）信息存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接權(quán)值和聯(lián)接結(jié)構(gòu)上，形式統(tǒng)一，便于建知識(shí)庫(kù)及管理。（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)增加容錯(cuò)性。當(dāng)傳感器出現(xiàn)故障或檢測(cè)失效時(shí)，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的容錯(cuò)功能允許檢測(cè)系統(tǒng)正常工作，并輸出可靠信息。（3）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自學(xué)習(xí)和自組織功能，能自適應(yīng)檢測(cè)環(huán)境的變化及檢測(cè)信息的不確定。（4）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有并行機(jī)制，處理信息速度快，滿足實(shí)時(shí)處理需要。3.信號(hào)處理3.1信號(hào)處理技術(shù)信號(hào)處理是分析處理采集的信號(hào)，獲取特征值，對(duì)特征值決策分析，達(dá)到監(jiān)測(cè)目的。刀具監(jiān)控的信號(hào)處理方法極為豐富，有時(shí)域分析、頻域分析、時(shí)頻分析、統(tǒng)計(jì)分析、智能分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。傳統(tǒng)的信號(hào)處理多集中時(shí)域或頻域分析。近年來(lái)，信號(hào)處理方法則逐漸向時(shí)頻分析和智能方向發(fā)展。（1）傅立葉變換將瞬時(shí)多變的時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換到頻域上，更有利于分析其特征和性質(zhì)，而傅立葉變換是頻域分析的重要方法。離散傅立葉變換（DFT）的時(shí)域和頻域均離散化，可用計(jì)算機(jī)作傅立葉分析。快速傅立葉變換（FFT）使DFT 的運(yùn)算效率提高1至2 個(gè)數(shù)量級(jí)。傅立葉變換用頻譜特性分析表現(xiàn)時(shí)域信號(hào)，但也有其局限性。（2）小波分析小波分析是多分辨率分析的時(shí)頻分析方法，在時(shí)域、頻域都能夠表征信號(hào)局部特征，其窗口大小固定不變但形狀可變。小波、小波包能分析微弱故障，適應(yīng)于探測(cè)正常信號(hào)中夾帶的瞬態(tài)反?，F(xiàn)象，應(yīng)用前景廣寬。連續(xù)小波變換是一種特征提取方法，通過(guò)將信號(hào)在時(shí)間—頻率尺度上的特征提取，反映原信息的特征，但不能準(zhǔn)確反映信號(hào)的能量大小?；诙喾直媛实男〔ǚ治鼍哂凶兓臅r(shí)間或頻率分辨率，能準(zhǔn)確反映信號(hào)的能量大小。基于信號(hào)的小波包分析將信號(hào)分解在帶寬相同、首尾相接的頻帶上，對(duì)高頻和低頻都具有較高的時(shí)頻分辨率。（3）廣義自適應(yīng)小波廣義自適應(yīng)小波分析是指在小波分析中，根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)，依照某種算法對(duì)一個(gè)或幾個(gè)參量進(jìn)行適應(yīng)性選擇，以取得＊好的分析效果。這些參量包括小波基、小波分解尺度、平移系數(shù)和加權(quán)系數(shù)等。

一、涂層刀具分類(lèi)涂層刀具有四種:高速鋼涂層刀具，硬質(zhì)合金涂層刀具，以及在陶瓷和超硬材料（金剛石或立方氮化硼）刀片上的涂層刀具。二、刀具磨損機(jī)理及涂層作用涂層是指在強(qiáng)度和韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼（HSS）基體表面上，利用氣相沉積方法涂覆一薄層耐磨性好的難熔金屬或非金屬化合物，使刀具有表面硬度高、耐磨性好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐熱耐氧化、摩擦因數(shù)小和熱導(dǎo)率低等特性。刀具磨損機(jī)理研究表明,在高速切削時(shí),刀刃溫度＊高可達(dá)900℃，此時(shí)刀具磨損不僅是機(jī)械摩擦磨損，還有粘結(jié)磨損、擴(kuò)散磨損、摩擦氧化磨損和疲勞破損，這5種磨損直接影響刀具的使用壽命。而刀具涂層所起的作用表現(xiàn)為:1. 涂層作為一個(gè)化學(xué)屏障和熱屏障，在刀具與被切削材料之間形成隔離層。2. 通過(guò)抑制從切削區(qū)到刀片的熱傳導(dǎo)來(lái)降低熱沖擊。涂層刀具的構(gòu)成減少了刀具與工件間的擴(kuò)散和化學(xué)反應(yīng)，從而減少了物理磨損。3. 有效減少摩擦力及摩擦熱。刀具通過(guò)涂層處理,實(shí)現(xiàn)固體潤(rùn)滑,減少摩擦和粘結(jié),使刀具吸收熱量減少,從而可承受較高的切削溫度。4. 在陶瓷和超硬材料刀片上的涂層是硬度較基體低的材料，目的是為了提高刀片表面的斷裂韌度，可減少刀片的崩刃及破損，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。三、刀具表面硬質(zhì)層對(duì)涂層材料的一般性要求：1.硬度高，耐磨性能好。2.化學(xué)性能穩(wěn)定，不與工件材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。3.耐熱耐氧化，摩擦系數(shù)低，與基體附著牢固等。

1）刀片牌號(hào)、規(guī)格選擇不當(dāng)，如刀片的厚度太薄或粗加工時(shí)選用了太硬太脆的牌號(hào)。對(duì)策：增大刀片厚度或?qū)⒌镀⒀b，選用抗彎強(qiáng)度及韌性較高的牌號(hào)。2） 刀具幾何參數(shù)選擇不當(dāng)（如前后角過(guò)大等）。對(duì)策：可從以下幾方面著手重新設(shè)計(jì)刀具。① 適當(dāng)減小前、后角。② 采用較大的負(fù)刃傾角。③ 減小主偏角。④ 采用較大的負(fù)倒棱或刃口圓弧。⑤ 修磨過(guò)渡切削刃，增強(qiáng)刀尖。3）刀片的焊接工藝不正確，造成焊接應(yīng)力過(guò)大或焊接裂縫。對(duì)策：①避免采用三面封閉的刀片槽結(jié)構(gòu)。②正確選用焊料。③避免采用氧炔焰加熱焊接，并且在焊接后應(yīng)保溫，以消除內(nèi)應(yīng)力。④盡可能改用機(jī)械夾固的結(jié)構(gòu)4）刀具監(jiān)控系統(tǒng)刃磨方法不當(dāng)，造成磨削應(yīng)力及磨削裂紋；對(duì)PCBN銑刀刃磨后刀齒的振擺過(guò)大，使個(gè)別刀齒負(fù)荷過(guò)重，也會(huì)造成打刀。對(duì)策：①采用間斷磨削或金剛石砂輪磨削。②選用較軟的砂輪，并經(jīng)常修整保持砂輪鋒利。③注意刃磨質(zhì)量，嚴(yán)格控制銑刀刀齒的振擺量。5） 切削用量選擇不合理，如用量過(guò)大，便機(jī)床悶車(chē)；斷續(xù)切削時(shí)，切削速度過(guò)高，進(jìn)給量過(guò)大，毛坯余量不均勻時(shí)，切削深度過(guò)小；切削高錳鋼等加工硬化傾向大的材料時(shí)，進(jìn)給量過(guò)小等。對(duì)策：重新選擇切削用量。6） 機(jī)械夾固式刀具的刀槽底面不平整或刀片伸出過(guò)長(zhǎng)等結(jié)構(gòu)上的原因。對(duì)策：①修整刀槽底面。②合理切削液噴嘴的位置。③淬硬刀桿在刀片下面增加硬質(zhì)合金墊片。