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)控機床設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助用戶及時、準(zhǔn)確地掌握數(shù)控機床設(shè)備的運行情況，能夠幫助用戶及時發(fā)現(xiàn)異常問題并快速解決，從而提高數(shù)控機床設(shè)備的運行效率，降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)整體生產(chǎn)效率。目前國內(nèi)用戶對于數(shù)控機床設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用需求已逐漸提升，由此通過數(shù)控機床遠程監(jiān)控上云來提高企業(yè)整體的管理水平，提高管理效率降低能耗。一、應(yīng)用場景1、在工廠中，設(shè)備的維護保養(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)控機床設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以實時掌握設(shè)備運行情況，并提供一些簡單易用的分析方法。2、在車間內(nèi)，數(shù)控機床設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以對車間內(nèi)的設(shè)備進行統(tǒng)一管理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時能夠快速定位故障點并處理，從而提升車間內(nèi)工作效率，降低生產(chǎn)成本。3、在工廠外，數(shù)控機床設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助客戶管理工廠內(nèi)生產(chǎn)設(shè)備的運行狀況和生產(chǎn)信息，實時掌握工廠生產(chǎn)情況，提升客戶滿意度。4、在企業(yè)內(nèi)部，數(shù)控機床設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)可以幫助企業(yè)實現(xiàn)對工廠內(nèi)部不同類型的數(shù)控機床進行統(tǒng)一管理和調(diào)度。二、系統(tǒng)組成物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)通過對對機床各項數(shù)據(jù)的采集，將實時運行狀態(tài)及相關(guān)信息通過云平臺上報至企業(yè)服務(wù)器，通過云平臺實現(xiàn)對數(shù)控設(shè)備的遠程監(jiān)控；在云平臺上通過對各種監(jiān)測參數(shù)進行實時采集，利用軟件或硬件實時監(jiān)控數(shù)控設(shè)備運行情況，當(dāng)數(shù)控設(shè)備出現(xiàn)異常時能及時發(fā)現(xiàn)并在第一時間發(fā)出報警信息；數(shù)控機床云平臺遠程監(jiān)控系統(tǒng)是對各類數(shù)控設(shè)備的操作、維護、保養(yǎng)等相關(guān)信息進行統(tǒng)一管理，從而為企業(yè)管理提供數(shù)據(jù)支撐。數(shù)控機床設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)可提供全過程監(jiān)控與報警功能，實現(xiàn)了對數(shù)控機床的實時監(jiān)控，同時支持報警功能，如遇異常情況能及時報警提醒相關(guān)人員進行處理。此外該系統(tǒng)還支持在線監(jiān)測功能與故障診斷功能。三、系統(tǒng)功能數(shù)控機床設(shè)備遠程監(jiān)控系統(tǒng)是基于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)，為企業(yè)提供對機床設(shè)備數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和預(yù)警功能，幫助用戶及時掌握數(shù)控機床設(shè)備運行情況，提升生產(chǎn)效率。 1、數(shù)控機床設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測：實時對數(shù)控機床設(shè)備的各項信息進行采集、分析和處理，包括設(shè)備運行狀態(tài)、故障信息和報警信息等。2、數(shù)控機床狀態(tài)分析：根據(jù)采集到的信息進行數(shù)據(jù)分析，生成相關(guān)報表和圖表。 3、異常報警功能：當(dāng)數(shù)控機床發(fā)生異常時，會通過短信、APP、消息推送或電話語音報警及時提醒用戶。 4、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析：基于不同的應(yīng)用場景可以設(shè)置不同的統(tǒng)計分析指標(biāo)。例如，可以將設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)和報警數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計對比，分析報警原因；也可以對設(shè)備運行狀態(tài)和性能進行統(tǒng)計分析等。5、故障診斷功能：通過對故障發(fā)生的位置進行定位，然后根據(jù)所采集到的設(shè)備數(shù)據(jù)，通過計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)自動化和智能化程度的提高，對刀具破損在線監(jiān)控提出了更高的要求。在切削加工過程中，刀具的切削刃不僅承受著很高的切削力和切削溫度，同時由于加工材料中含有的硬質(zhì)點也會給高速運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程中的破損。加工過程中破損的刀具如果未及時更換而繼續(xù)加工將會導(dǎo)致切削力和切削溫度急劇升高，加工出來的工件表面粗糙度和尺寸超差，嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致機床的損壞以及危及到操作人員。因此對于生產(chǎn)線批量生產(chǎn)刀具破損在線監(jiān)控是非常有必要的。近年來隨著生產(chǎn)人工成本的增加，制造企業(yè)對機械加工過程的效率要求越來越高，這種市場的要求使得越來越多的機械制造企業(yè)將更大的資金投入到自動化程度更高、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，但是對工藝系統(tǒng)的實時監(jiān)控提出了很高的要求。工藝系統(tǒng)中對刀具的監(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床等工藝系統(tǒng)的安全。傳統(tǒng)的機械加工方式中刀具的狀態(tài)一般都是憑借機床操作人員的觀察與經(jīng)驗判斷刀具是否破損，這種判斷方法帶有很強的主觀性。隨著生產(chǎn)車間自動化和智能程度的大大提高，車間的生產(chǎn)線大多數(shù)都是由很少的人來管理或者智能化更高的產(chǎn)線甚至出現(xiàn)無人值守，顯然傳統(tǒng)的依靠機床操作人員個人經(jīng)驗來判斷切削過程中刀具的是否需要更換已經(jīng)不能滿足當(dāng)前這些先進的制造模式。當(dāng)前很多的生產(chǎn)線都是統(tǒng)計刀具當(dāng)前的加工時間或加工件數(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)或加工時間的時候較為保守，很可能會導(dǎo)致刀具壽命的浪費，同時如果在刀具壽命內(nèi)出現(xiàn)刀具突然的破損也是無法預(yù)測的。刀具失效主要形式有刀具磨損和刀具破損。在加工過程中刀具的磨損是一個逐漸變化的過程，只要是運動中的刀具與工件接觸就會發(fā)生刀具磨損。一般刀具都有一個磨鈍標(biāo)準(zhǔn)，刀具在切削過程中沒有達到該磨鈍標(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)的時間來劃分，刀具破損有前期破損和后期破損之分。在剛開始切削加工時切削刃和刀面并沒有出現(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)象稱為前期破損。刀具后期破損則是刀具在切削一段時間后導(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)一般由信號檢測、特征提取和狀態(tài)識別三部分組成，其關(guān)鍵技術(shù)有智能傳感、信息融合、信號處理和智能學(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、實時與低成本性，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。多傳感器獲取多種信號，進行多參數(shù)的智能決策；開發(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的數(shù)據(jù)處理，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和計算機分別滿足此要求，因此信息融合在刀具監(jiān)測中廣泛應(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)測中，前景廣闊?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的多傳感器信息融合具有如下優(yōu)點：（1）信息存儲在網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)接權(quán)值和聯(lián)接結(jié)構(gòu)上，形式統(tǒng)一，便于建知識庫及管理。（2）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)增加容錯性。當(dāng)傳感器出現(xiàn)故障或檢測失效時，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的容錯功能允許檢測系統(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)檢測環(huán)境的變化及檢測信息的不確定。（4）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有并行機制，處理信息速度快，滿足實時處理需要。3.信號處理3.1信號處理技術(shù)信號處理是分析處理采集的信號，獲取特征值，對特征值決策分析，達到監(jiān)測目的。刀具監(jiān)控的信號處理方法極為豐富，有時域分析、頻域分析、時頻分析、統(tǒng)計分析、智能分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。傳統(tǒng)的信號處理多集中時域或頻域分析。近年來，信號處理方法則逐漸向時頻分析和智能方向發(fā)展。（1）傅立葉變換將瞬時多變的時域信號轉(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）的時域和頻域均離散化，可用計算機作傅立葉分析?？焖俑盗⑷~變換（FFT）使DFT 的運算效率提高1至2 個數(shù)量級。傅立葉變換用頻譜特性分析表現(xiàn)時域信號，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頻分析方法，在時域、頻域都能夠表征信號局部特征，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)于探測正常信號中夾帶的瞬態(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，通過將信號在時間—頻率尺度上的特征提取，反映原信息的特征，但不能準(zhǔn)確反映信號的能量大小?；诙喾直媛实男〔ǚ治鼍哂凶兓臅r間或頻率分辨率，能準(zhǔn)確反映信號的能量大小?；谛盘柕男〔ò治鰧⑿盘柗纸庠趲捪嗤⑹孜蚕嘟拥念l帶上，對高頻和低頻都具有較高的時頻分辨率。（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)信號特點，依照某種算法對一個或幾個參量進行適應(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、刀具磨損機理及涂層作用涂層是指在強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。刀具磨損機理研究表明,在高速切削時,刀刃溫度＊高可達900℃，此時刀具磨損不僅是機械摩擦磨損，還有粘結(jié)磨損、擴散磨損、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. 通過抑制從切削區(qū)到刀片的熱傳導(dǎo)來降低熱沖擊。涂層刀具的構(gòu)成減少了刀具與工件間的擴散和化學(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。刀具通過涂層處理,實現(xiàn)固體潤滑,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，擴大應(yīng)用范圍。三、刀具表面硬質(zhì)層對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、規(guī)格選擇不當(dāng)，如刀片的厚度太薄或粗加工時選用了太硬太脆的牌號。對策：增大刀片厚度或?qū)⒌镀⒀b，選用抗彎強度及韌性較高的牌號。2） 刀具幾何參數(shù)選擇不當(dāng)（如前后角過大等）。對策：可從以下幾方面著手重新設(shè)計刀具。① 適當(dāng)減小前、后角。② 采用較大的負刃傾角。③ 減小主偏角。④ 采用較大的負倒棱或刃口圓弧。⑤ 修磨過渡切削刃，增強刀尖。3）刀片的焊接工藝不正確，造成焊接應(yīng)力過大或焊接裂縫。對策：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PCBN銑刀刃磨后刀齒的振擺過大，使個別刀齒負荷過重，也會造成打刀。對策：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，如用量過大，便機床悶車；斷續(xù)切削時，切削速度過高，進給量過大，毛坯余量不均勻時，切削深度過小；切削高錳鋼等加工硬化傾向大的材料時，進給量過小等。對策：重新選擇切削用量。6） 機械夾固式刀具的刀槽底面不平整或刀片伸出過長等結(jié)構(gòu)上的原因。對策：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。