基于伺服技术的切削深度反馈方法及智能切削方法及系统

摘要

本发明属于机械加工领域，提出的一种基于伺服技术的切削深度反馈方法及智能切削方法及系统，包括提取主轴伺服电机的扭矩数据和\或电流数据反馈至控制系统，所述控制系统对所述扭矩数据和\或所述电流数据进行处理，并根据所述扭矩数据和\或所述电流数据反馈得到负载数据，根据所述负载数据判定，当前加工状态为断续切削时，控制所述机床加深切削深度，跳转至平判定步骤，当前加工状态为连续切削时，记录当前切削深度一，并控制所述机床进行进给或退刀，判定当前加工状态为过载切削，缩减切削深度，跳转至判定步骤，解决了现有技术中没有一种能够高效可靠的将粗糙面加工为非固定尺寸的光滑面的加工方法的技术问题。

权利要求

1.一种基于伺服技术的智能切削加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S101：提取主轴伺服电机的扭矩数据和\或电流数据反馈至控制系统；

S102：所述控制系统对所述扭矩数据和\或所述电流数据进行处理，并根据所述扭矩数据和\或所述电流数据反馈得到负载数据，S103根据所述负载数据判定加工状态，

当前加工状态为断续切削时，控制机床加深切削深度，并跳转至步骤S101，当前加工状态为连续切削时，记录当前切削深度一，并控制所述机床进行进给或退刀，S201：按所述切削深度一沿加工路径进行进给，S202：继续对所述扭矩数据和\或所述电流数据进行处理得到所述负载数据，根据所述负载数据判定：判定当前加工状态为连续切削时，按加工路径继续进给，同时跳转至步骤S202；

判定当前加工状态为断续切削时，停止进给，记录当前进给路径和断点坐标，控制机床加深切削深度，当切削深度增加至根据负载数据判定当前加工状态为连续切削时，重新记录当前切削深度一，并按当前切削深度一对所述进给路径重复进给，进给至断点坐标，并从断点坐标继续按当前切削深度一沿加工路径进给，同时跳转至步骤S202，在步骤S202中还包括：判定当前加工状态为过载切削时，记录断点，控制机床按一个小于最大切削深度的数值a缩减切削深度，从断点起沿加工路径继续进给，同时跳转至步骤S202，记录沿加工路径进给完毕时的切削深度二，并将切削深度二与切削深度一对比，若切削深度二大于切削深度一，停止加工，若切削深度二小于切削深度一，在切削深度二的基础上增加a并重新记录切削深度二，沿加工路径进行进给，跳转至对比切削深度二与切削深度一的步骤。

2.根据权利要求1所述的一种基于伺服技术的智能切削加工方法，其特征在于：当所述负载数据中存在零值时，判定当前加工状态为断续切削，当所述负载数据不存在零值时，判定当前加工状态为连续切削。

3.根据权利要求1所述的一种基于伺服技术的智能切削加工方法，其特征在于：当所述负载数据的最大值超过最大负载时，判定当前加工状态为过载切削，缩减切削深度，并跳转至步骤S101。

4.根据权利要求1所述的一种基于伺服技术的智能切削加工方法，其特征在于，在判定当前加工状态为连续切削，并按加工路径继续进给的步骤中，还包括：将加深的切削深度与最大切削深度对比，

若将加深的切削深度小于最大切削深度，按当前切削深度一对所述进给路径重复进给，若将加深的切削深度大于最大切削深度，进行分刀对所述进给路径重复进给。

5.一种数字控制系统，其特征在于，包括：

储存单元，用于储存程序和信息；

至少一个处理器，用于通过执行存储器存储的程序和信息以实现如权利要求1-4中任一项所述的智能切削加工方法。

6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现权利要求1-4中任一项所述的智能切削加工方法。

说明书

基于伺服技术的切削深度反馈方法及智能切削方法及系统

技术领域

[0001] 本发明属于机械加工领域，涉及基于伺服技术的切削深度反馈方法及智能切削方法及系统。

背景技术

[0002] 在加工铸造或锻造零件时常常由于工件尺寸偏差太大导致自动加工一次加工不到位或过切撞车，需要多次分刀切削，目前采用自动化加工设备或数控机床进行，由于该方式加工工件时常采用预设固定切削深度进给的加工方式，经常发生过切现象，浪费材料影响零件结构强度，使得自动化设备利用率低下，甚至不能采用自动加工转为人工操作，[0003] 而人工操作虽然可以实现加工一次到位，但工作效率较低，且稳定性较差受操作人员的熟练程度影响，不利于大批量生产和企业自动化发展。

发明内容

[0004] 本发明提出一种基于伺服技术的切削深度反馈方法及智能切削方法及系统，解决了上诉技术问题。

[0005] 本发明的技术方案是这样实现的：

[0006] 一种基于伺服技术的切削深度反馈方法，包括以下步骤：

[0007] S101：提取主轴伺服电机的扭矩数据和\或电流数据反馈至控制系统；

[0008] S102：所述控制系统对所述扭矩数据和\或所述电流数据进行处理，并根据所述扭矩数据和\或所述电流数据反馈得到负载数据，

[0009] S103根据所述负载数据判定加工状态，

[0010] 当前加工状态为断续切削时，控制所述机床加深切削深度，并跳转至步骤S101，[0011] 当前加工状态为连续切削时，记录当前切削深度一，并控制所述机床进行进给或退刀。

[0012] 作为进一步的技术方案：

[0013] 当所述负载数据中存在零值时，判定当前加工状态为断续切削，[0014] 当所述负载数据不存在零值时，判定当前加工状态为连续切削。

[0015] 作为进一步的技术方案：

[0016] 当所述负载数据的最大值超过最大负载时，判定当前加工状态为过载切削，缩减切削深度，并跳转至步骤S101。

[0017] 一种基于伺服技术的智能切削加工方法，基于前述的切削深度反馈方法，其特征在于：

[0018] S201：按所述切削深度一沿加工路径进行进给，

[0019] S202：继续对所述扭矩数据和\或所述电流数据进行处理得到所述负载数据，根据所述负载数据判定：

[0020] 判定当前加工状态为连续切削时，按加工路径继续进给，同时跳转至步骤S202；

[0021] 判定当前加工状态为断续切削时，停止进给，记录当前进给路径和断点坐标，控制机床加深切削深度，当切削深度增加至根据负载数据判定当前加工状态为连续切削时，重新记录当前切削深度一，并按当前切削深度一对所述进给路径重复进给，进给至断点坐标，并从断点坐标继续按当前切削深度一沿加工路径进给，同时跳转至步骤S202。

[0022] 作为进一步的技术方案：

[0023] 在判定当前加工状态为连续切削，并按加工路径继续进给的步骤中，还包括：

[0024] 将加深的切削深度与最大切削深度对比，

[0025] 若将加深的切削深度小于最大切削深度，按当前切削深度一对所述进给路径重复进给。

[0026] 若将加深的切削深度大于最大切削深度，进行分刀对所述进给路径重复进给。

[0027] 作为进一步的技术方案：

[0028] 在步骤S202中还包括：

[0029] 判定当前加工状态为过载切削时，记录断点，控制机床按一个小于最大切削深度的数值a缩减切削深度，从断点起沿加工路径继续进给，同时跳转至步骤S202。

[0030] 作为进一步的技术方案：

[0031] 记录沿加工路径进给完毕时的切削深度二，并将切削深度二与切削深度一对比，[0032] 若切削深度二大于切削深度一，停止加工，若切削深度二小于切削深度一，在切削深度二的基础上增加a并重新记录切削深度二，沿加工路径进行进给，跳转至对比切削深度二与切削深度一的步骤。

[0033] 一种数字控制系统，包括：

[0034] 储存单元，用于储存程序和信息；

[0035] 至少一个处理器，用于通过执行所述存储器存储的程序和信息以实现如前述切削深度反馈方法或如前述智能切削加工方法。

[0036] 一种计算机可读存储介质，包括程序，所述程序能够被处理器执行以实现前述的切削深度反馈方法或如前述智能切削加工方法。

[0037] 本发明使用原理及有益效果为：

[0038] 1、本发明应用的机床必须为伺服电机主轴机床，并能够应用于车铣磨等切削加工中，在粗加工工序中，用于处理二次加工零件或非定尺寸零件的表面，由于现有技术中对于一些零件表面处理方式为采用数控机床按一定尺寸进行切削，而一定尺寸由人工确定，加工完毕的零件表面容易出现未加工完全现象或过切现象，不能满足加工平整即可的加工需求，而采用人工操作进行加工，虽然能够满足加工需求，但稳定性较差，加工质量和效率与操作工的熟练程度相关，不能满足大批量生产且不利于企业自动化发展，本发明公布了一种基于伺服技术的切削深度反馈方法，能够根据伺服电机主轴反馈的扭矩数据和\或电流数据得到其相对应的负载数据，进而判断出机床此时的工作状态，当判断出当前工作状态为断续切削时，即主轴旋转一周中，刀具的切削刃与工件未能完全接触，此时控制系统向机床发出指令加深切削深度，当判断出当前工作状态为连续切削时，即主轴旋转一周中，道具的切削刃与工件能够完全接触，在整周都能切削工件，此时控制系统向机床发出指令，进行横向进给或退刀，应用本技术后原来只能靠人工操作的平光即可的加工就能采用自动设备完成，

[0039] 应用本技术后可提高数控机床或自动设备在非定尺寸零件加工中的效率及应用，使得原来依靠人工的部分工作升级为自动加工，使原来的不能做、做不快、变为做的快、做的好、极大的提高了粗加工工序中自动化设备的应用。对推动中国制造2025有着重要意义。

[0040] 2、本发明应用时，当刀具切削深度超过刀具允许的最大切削深度时，能够通过扭矩数据和\或电流数反馈得到的负载数据判断刀具的加工状态为过载切削，此时控制系统向机床发出指令，缩减其切削深度，进而保护刀具，防止因刀具过载切削而影响表面质量，提高了控制系统的智能化。

[0041] 3、本发明应用时，在确实初始切削深度后，在沿加工路径横向进给时，能够根据负载数据检测机床的加工状态，并能根据不同加工状态自动调整切削深度，遇到工件上的凹陷部分时，自动加深切削深度，最终以加工路径中最低点的深度沿加工路径加工完毕，进而实现本发明中公开的智能切削加工方法在较大平面或较大圆面的应用，提高了本发明在自动化设备的通用性。

[0042] 4、本发明应用时，与超出刀具最大切削深度的进给需要进行分刀多步进行，防止由于刀具过载切削而影响表面质量和刀具寿命，提高了控制系统的智能化。

[0043] 5、本发明应用时，在沿加工路径横向进给时，遇到工件上的凸起部分，刀具负载增加，当刀具为过载切削时，能够根据负载数据检测到，并自动缩减刀具的切削深度，继续沿加工路径进行进给，并在沿加工路径第一次加工完毕后，分刀对加工路径上凸起部分进行切削，最终以最初的切削深度沿加工路径加工完毕，进而保护刀具，防止因刀具过载切削而影响表面质量，提高了控制系统的智能化。

附图说明

[0044] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0045] 图1为本发明实施例1中获取负载数据的流程图；

[0046] 图2为本发明实施例1中判断加工状态的流程图；

[0047] 图3为本发明实施例2中判断为断续切削时的流程图；

[0048] 图4为本发明实施例2中判断为过载切削时的流程图；

[0049] 图5为本发明实施例2中关于分刀切削的流程图；

[0050] 图6为本发明实施例3中的一个具体事例的流程图；

具体实施方式

[0051] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0052] 实施例1

[0053] 本发明实施例提供一种基于伺服技术的切削深度反馈方法，如图1和图2所示，该切削深度反馈方法包括以下步骤：

[0054] S101：提取主轴伺服电机的扭矩数据和\或电流数据反馈至控制系统；

[0055] S102：所述控制系统对所述扭矩数据和\或所述电流数据进行处理，并根据所述扭矩数据和\或所述电流数据反馈得到负载数据；

[0056] S103：根据所述负载数据判定：

[0057] S1041：当前加工状态为断续切削时，控制所述机床加深切削深度，跳转至步骤S101；

[0058] S1042：当前加工状态为连续切削时，记录当前切削深度一，并控制所述机床进行进给或退刀；

[0059] S1043：判定当前加工状态为过载切削，缩减切削深度，跳转至步骤S101；

[0060] 其中在判定时，通过负载数据对刀具的加工状态进行判定，当所述负载数据为波动式负荷时，说明主轴旋转一周中，刀具的切削刃与工件未能完全接触，判定当前加工状态为断续切削；

[0061] 主轴转速一致，工件为匀质，在其他参数均为常数时，材料所述负载数据与切削深度成正比，次时主轴旋转一周中，道具的切削刃与工件能够完全接触，在整周都能切削工件，判定当前加工状态为连续切削，当所述负载数据的最大值超过最大负载时，判定当前加工状态为过载切削；

[0062] 当所述负载数据的最大值超过最大负载时，判定当前加工状态为过载切削；

[0063] 本发明应用的机床必须为伺服电机主轴机床，并能够应用于车铣磨等切削加工中，在粗加工工序中，用于处理二次加工零件或非定尺寸零件的表面，由于现有技术中对于一些零件表面处理方式为采用数控机床按一定尺寸进行切削，而一定尺寸由人工确定，加工完毕的零件表面容易出现未加工完全现象或过切现象，不能满足加工平整即可的加工需求，而采用人工操作进行加工，虽然能够满足加工需求，但稳定性较差，加工质量和效率与操作工的熟练程度相关，不能满足大批量生产且不利于企业自动化发展，本发明公布了一种基于伺服技术的切削深度反馈方法，能够根据伺服电机主轴反馈的扭矩数据和\或电流数据得到其相对应的负载数据，进而判断出机床此时的工作状态，并根据机床此时工作状态对切削深度进行调整，应用本技术后原来只能靠人工操作的平光即可的加工就能采用自动设备完成，

[0064] 应用本技术后可提高数控机床或自动设备在非定尺寸零件加工中的效率及应用，使得原来依靠人工的部分工作升级为自动加工，使原来的不能做、做不快、变为做的快、做的好、极大的提高了粗加工工序中自动化设备的应用。对推动中国制造2025有着重要意义。

[0065] 当刀具切削深度超过刀具允许的最大切削深度时，能够通过扭矩数据和\或电流数反馈得到的负载数据判断刀具的加工状态为过载切削，此时控制系统向机床发出指令，缩减其切削深度，进而保护刀具，防止因刀具过载切削而影响表面质量，提高了控制系统的智能化。

[0066] 实施例2

[0067] 本发明实施例提供一种基于伺服技术的智能切削加工方法，如图4～5所示，该智能切削加工方法包括以下步骤：

[0068] S201：按所述切削深度一沿加工路径进行进给；

[0069] S202：根据所述负载数据判定当前加工状态；

[0070] S2031：判定为断续切削时，停止进给，记录当前进给路径和断点坐标，控制机床加深切削深度，当切削深度增加至根据负载数据判定当前加工状态为连续切削时，重新记录当前切削深度一；

[0071] S2032：按当前切削深度一对所述进给路径重复进给，进给至断点坐标；

[0072] S2033：从断点坐标继续按当前切削深度一沿加工路径进给，跳转至步骤S202；

[0073] S2051：判定当前加工状态为过载切削，记录断点，控制机床按一个小于最大切削深度的数值a缩减切削深度；

[0074] S2052：从断点起沿加工路径继续进给，跳转至步骤S202；

[0075] 本发明应用时，在确实初始切削深度后，在沿加工路径横向进给时，能够根据负载数据检测机床的加工状态，并能根据不同加工状态自动调整切削深度。

[0076] 遇到工件上的凹陷部分时，主轴旋转一周刀具与工件不能完全解除，此时扭矩数据和\或电流数据反馈得到的负载数据会出现大幅度波动或零值，根据该状态下负载数据可判定该状态为断续切削，并控制机床自动加深切削深度；

[0077] 遇到工件上的凸起部分，刀具负载增加，即通过扭矩数据和\或电流数据反馈得到的负载数据会增大，当超过刀具所允许的最大负载时，判定此时为过载切削，自动缩减刀具的切削深度，并继续沿加工路径进行进给，最终实现刀具自动随工件表面的起伏加工工件，并记录工件的最低点，方便对工件表面进行处理，进而实现对较大平面或曲面的加工，提高了本方法在自动化设备的通用性。

[0078] 遇到工件上的凹陷部分时，主轴旋转一周刀具与工件不能完全解除，此时扭矩数据和\或电流数据反馈得到的负载数据会出现大幅度波动或零值，根据该状态下负载数据可判定该状态为断续切削，并控制机床自动加深切削深度；

[0079] S2034：将加深的切削深度与最大切削深度对比，

[0080] S2035：若将加深的切削深度大于最大切削深度，进行分刀对所述进给路径重复进给。

[0081] 本发明中当S2031步骤中增加的切削深度超出最大切削深度时，为防止刀具过载切削影响加工效果和刀具寿命，进行分刀多步进行切削，提高了控制系统的智能化。

[0082] S204：沿加工路径进给至路径终点；

[0083] S2061：记录当前切削深度二，

[0084] S2062：判断切削深度二是否大于切削深度一；

[0085] S2063：在切削深度二的基础上增加a；

[0086] S2064：以当前切削深度沿加工路径进行进给，跳转至步骤S2061。

[0087] 本发明应用时，当遇到工件上的凸起部分时，能够自动缩减切削深度，防止刀具过载，同时自动实现分刀对凸起部分进行切削，最终将工件表面按最低的切削深度一进行切削，且能够完全切削不过切，使得原来依靠人工的部分工作升级为自动加工。

[0088] 将加深的切削深度与最大切削深度对比，

[0089] 若将加深的切削深度小于最大切削深度，按当前切削深度一对所述进给路径重复进给。

[0090] 若将加深的切削深度大于最大切削深度，进行分刀对所述进给路径重复进给。

[0091] 实施例3

[0092] 本发明实施例提供一种数字控制系统，如图6所示，该监控系统包括：存储器2和处理器1。其中，存储器1用于存储程序、切削深度、断点坐标和加工路径；处理器2用于通过执行存储器1存储的程序以实现如实施例1所述的切削深度反馈方法和实施例2所述的智能切削加工方法。

[0093] 下面简要介绍本发明实施例提供的数字控制系统的几个典型应用场景：

[0094] 第一种实施方式中：

[0095] 当本发明实施例提供的数字控制系统应用在自动平口机中，主轴采用伺服电机主轴，应用于平口机削平管件端面时，数控系统通过伺服电机主轴反馈得到的扭矩数据和\或电流数据，并处理得到负载数据，当刀具与管件端面上的毛刺接触时，此时由于刀具与管件端面间歇接触，负载数据为波动式负载，判定此时为断续切削，数控系统控制刀具继续加深切削深度，当负载数据与切削深度成正比时，数控系统判定此时为断续切削，停止加深切削深度，并进行退刀，进而实现自动化平口，且无过切现象。

[0096] 当本发明实施例提供的数字控制系统应用在端铣加工中，铣床采用伺服电机主轴，应用于端铣加工时，数控系统通过伺服电机主轴反馈得到的扭矩数据和\或电流数据，并处理得到负载数据，当铣刀与端面上的毛刺接触时，此时由于铣刀与管件端面间歇接触，负载数据为波动式负载，判定此时为断续切削，数控系统控制铣刀继续加深切削深度，当负载数据与切削深度成正比时，数控系统判定此时为断续切削，停止加深切削深度，并进行退刀，进而实现从而实现非固定深度工件的锪面加工，且无过切现象。

[0097] 第二种实施方式中：

[0098] 本发明实施例提供的数字控制系统应用在加工外圆面中，数控车床采用电机主轴，数控系统通过伺服电机主轴反馈得到的扭矩数据和\或电流数据，并处理得到负载数据，当车刀的切削刃在端面与工件接触时，此时由于车刀与管件端面间歇接触，负载数据为波动式负载，判定此时为断续切削，数控系统控制车刀继续加深切削深度，当负载数据与切削深度成正比时，数控系统判定此时为断续切削，停止加深切削深度。

[0099] 此时计算初始切削深度与最终切削深度差值是否小于车刀的最大切削深度，则分刀进行轴向进给，若小于则直接按最终切削深度进行轴向进给，在进行轴向进给的过程中，数控系统继续通过伺服电机主轴反馈得到的扭矩数据和\或电流数据对负载数据进行监控。

[0100] 当车刀进给至凹陷时，此时负载数据存在零值或波谷为平波，判定此时车刀与工件外圆面未能完全接触，此时控制系统控制车刀加深切削深度，当切削深度增加到车刀与外圆面完全接触，及此时车刀工作状态为连续切削时，按当前切削深度继续进给。

[0101] 当车刀进给至凸起时，此时负载数据超过刀具允许的最大负载时，判定此时车刀此时工作状态为过载切削，此时控制系统控制车刀锁紧切削深度并继续进给。

[0102] 当车刀运行至另一端面时，按加工过程中出现的最低切削深度对工件外圆面进行分刀切削，进而实现对工件无定尺寸外圆面的自动加工，且不产生过切现象。

[0103] 本发明实施例提供的数字控制系统还可应用于铣较大平面或曲面、磨内外圆面等加工场景。

[0104] 实施例4

[0105] 本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，包括程序，该程序能够被处理器2执行以实现如实施例1所述的切削深度反馈方法和实施例2所述的智能切削加工方法。

[0106] 本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分功能可以通过硬件的方式实现，也可以通过计算机程序的方式实现。当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器、随机存储器、磁盘、光盘、硬盘等，通过计算机执行该程序以实现上述功能。例如，将程序存储在设备的存储器中，当通过处理器执行存储器中程序，即可实现上述全部或部分功能。另外，当上述实施方式中全部或部分功能通过计算机程序的方式实现时，该程序也可以存储在服务器、另一计算机、磁盘、光盘、闪存盘或移动硬盘等存储介质中，通过下载或复制保存到本地设备的存储器中，或对本地设备的系统进行版本更新，当通过处理器执行存储器中的程序时，即可实现上述实施方式中全部或部分功能。

[0107] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。