刀具监控能够在硬质航空航天材料中实现低转速(2)

此外，因为该系统接入了数控系统，可以将进给速率降至零并且发出信号自动换刀。这基本上可以避免出现刀具破裂情况。同通常情况下刀具持续进给直至无法继续切削不同，随着刀具钝化需要更高功率，自适应控制的监控功能会逐渐降低进给速率，并且通常将至少完成切削。

Caron Engineering公司认为，自适应控制的整体好处是能够更积极更高效地切削硬质航空航天金属材料，减少气割并节约时间。根据公司的说法，循环时间节约可以达到20%～60%。据称，自适应控制特别适用于飞机引擎部件的生产，如上拱叶盘、加工整体转子，这时焊缝周围的金属可能非常坚硬。

算法提供的时间节约

对于所有这些优势，Caron发现在特定情况下会出现一种复杂的问题，即上拱工艺，在这种工艺中，硬质航空航天材料需使用大直径刀具进行低速切削（低于1000 rpm）。“如果加工铝合金材料，那么可以采用10 000 rpm的转速，这没有问题，用户可以加工想要的任何数量。”Caron先生称，“但是如果加工钛金属，材料特性不允许刀具采用这么高的切削速度。”

在这种情况下，TMAC系统的灵敏性就会成为问题，因为在这么低的切削速度下（有时候会低至200或300 rpm），因为刀齿切入材料时的阻力，会导致系统功率提高。这会导致线条呈现出奇怪的锯齿形状，许多功率振荡会呈现出齿状形状。图3所示为使用一种五齿套式铣刀进行的这种切削的示例，切削时间约为56 s。如果采用传统的自适应控制方式，TMAC系统的进给速率调整将结束每次微幅功率抬升的反应，这会影响效率。

TMAC系统的最新创新Caron先生将其称之为“锯齿算法”，这是一种先进的自适应控制方式，通过学习各刀具的“刀齿通过频率”解决这一问题。通过计算各刀齿通过材料时的准确功率振荡以及针对特定旋转平均分配所有出屑槽的功率，自适应控制可以对整个刀具而非单个刀齿的切削动作做出反应。

图4中是同图3相同的切削，但加入了锯齿算法。进给速率不再呈现出锯齿形状（紫线），线条更平滑，随着切削过程中刀具平均功率负荷的变化起伏。切削用时降至约36 s。“我们让低速切削变得同高速切削一样。”Caron先生表示。

物联网成为先机

TMAC MP系统首先是一个机床监控器，该系统拥有独立的处理器并且采用Caron公司的自有传感器套件，这让该系统可以用于传统机床；但是在自适应控制功能方面存在局限性，因为该系统需要一套数控系统使TMAC对进给速率进行超驰。尽管如此，该系统可以测定主轴电机高功率（自适应控制使用的主要指标）、振动、应变、冷却剂压力、冷却剂流量和主轴速度，借此监控刀具寿命、工件消耗、轴承健康度和实际切削时间。

图4 这是同一种切削，但采用了先进的自适应控制技术。在这种模式下，TMAC可以完全控制进给速率（由紫线表示）。随着切削条件变得困难，进给速率会下降，反之亦然。传统的自适应控制可以针对各刀齿的每次上升和下降调整进给速率，Caron Engineering公司的“锯齿算法”知道每次旋转将穿过材料的齿数或槽数量，因此为整个刀具旋转平均化了这种调整。时间节约效果非常显著，在上述切削中可以节约20 s

虽然该产品已经推向市场超过30年，但该公司似乎发现自己在某些时候在串联生产区和收集数据方面仍然具有竞争力。实际上，Caron的传感器可以收集大量数据用于工艺诊断、系统整合和高级分析。同Caron公司的其他监控产品一样，TMAC系统同样符合MTConnect标准。

“我们在工业物联网这个词流行之前基本上就已经是一家工业物联网产品生产厂商了，因为我们采集数据并提供给所有人。”Caron称。

TMAC可以利用所有传感器对正常作业的机床中的异常做出反应，这些传感器可以向用户发出消息并进行警告。这种功能提供的最大机遇是无人作业，因为通过TMAC系统自动监控功率、实时调整以及通知用户换刀（或订购自动刀具进行更换），机床附近将不需要安排人员。

“曾经有一位用户遇到过从每台机床需要一位操作人员变为一位操作人员负责7台机床的装料的情况。”Caron先生表示。很明显，为配备了TMAC系统和自适应控制的生产单元加装装卸机器让机床可以在完全无人监督的情况下加工难以加工的工件。

MTConnect协议

这是一种制造业标准，用于有组织的从设备中检索过程信息。研究MTConnect在数控加工在线监测中的应用，利用电流传感器、电压传感器 、加速度传感器、声发射传感器构建基于MTConnect标准的数控加工过程在线监测系统。研究加工监测系统的数据采集、存储、分析等内容。利用电流、电压传感器，设计基于MTConnect的机床电信号采集软硬件系统，监控机床用电状态；利用声发射传感器、NI数据采集卡，采集数控加工过程中的噪声信号，设计基于MTConnect的加工过程颤振监测系统；利用加速度传感器、NI数据采集卡，采集加工过程中特定机床部件的振动信号，构建数控加工过程中振动状态监控软硬件系统。

文章来源：《硬质合金》 网址: http://www.yzhjzzs.cn/qikandaodu/2020/1224/405.html