刀具磨损监测与预测技术研究

刀具的寿命识别与预测

刀具是现代工业生产过程中不可或缺的工具，它的质量和寿命对生产效率和产品质量具有重要影响。因此，识别和预测刀具的寿命显得尤为重要。本文将从刀具寿命的影响因素、基于工艺参数的寿命识别和基于传感器的寿命预测等方面展开讨论。

刀具的寿命受到多种因素的影响，包括加工材料的硬度、切削速度、切削力、冷却剂的使用以及刀具的材质和涂层等。其中，切削速度是最主要的因素之一。当切削速度过高时，刀具容易发生高温烧损和刃磨磨损，影响寿命。此外，切削力也是影响刀具寿命的重要因素。如果切削力过大，则会造成刃口断裂或刀具弯曲变形，导致寿命降低。

基于工艺参数的刀具寿命识别是一种常用方法。通过监测并记录切削过程中的工艺参数，如切削力、切削速度、冷却剂的流量等，可以推断刀具的寿命。例如，当切削力超过预定值时，往往意味着刀具的寿命接近了。这种方法比较简单直观，但也存在一定的局限性。由于切削过程中受多种因素影响，单凭单一的工艺参数并不能准确识别刀具的寿命。

为了更准确地预测刀具的寿命，基于传感器的方法逐渐得到应用。通过在线实时监测刀具的状态，这种方法可以提供更多的信息来辅助刀具寿命的预测。例如，通过在刀具上安装压力传感器和温度传感器，可以测量切削过程中的切削力和温度变化。当切削力和温度异常变化时，可以通过数据分析和模型建立来预测刀具的寿命。这种方法能够提高预测的准确性，但也需要有专业的传感器和数据分析技术的支持。

除了以上方法，还有一些先进的技术被应用于刀具寿命识别与预测中。例如，机器学习和人工智能技术可以通过对大量切削数据的分析和训练，建立刀具寿命预测模型。这些模型能够更准确地预测刀具的寿命，并提供更具体的预警信息，帮助操作工人及时更换刀具，避免生产事故和损失。此外，纳米技术也被应用于刀具的改性和涂层技术，提高刀具的耐磨性和寿命。

在刀具寿命识别与预测的研究和应用中，我们应该注重实践和理论的结合。通过采用多种方法的综合应用，可以提高刀具寿命的识别和预测准确性。同时，还需要注重人员培训和技术支持，提高操作工人的技能和认识，提升整个生产过程的效率和质量。

盾构滚刀磨损监测技术分析

摘要] 盾构法是城市地下工程掘进应用广泛的施工技术，而盾构所使用的刀具在盾构法施工中占据决定性因素。盾构滚刀的磨损，根据其形态特征、磨损程度，可分为均匀磨损、非均匀磨损、刀圈崩裂，为了保证盾构掘进的安全，通常需对盾构滚刀的磨损建立相应的刀具磨损实时监测系统。本文分析了今年国内盾构滚刀磨损监测的几种常规方案，并展望了今后滚刀磨损监测的发展方向。

[关键词] 盾构掘进；滚刀；磨损监测；技术分析

1 概述

盾构法是城市地下工程掘进应用广泛的施工技术，而盾构掘进所使用的刀具在盾构法施工中占据决定性因素。盾构掘进刀具可分为滚刀和切削刀两种类型，硬岩中采用滚刀，软土地层常采用切削刀[1]。复合地层的不均匀性容易加速盾构施工中滚刀的磨损，直接影响盾构掘进效率[2]。盾构滚刀的磨损，根据其形态特征、磨损程度，可分为均匀磨损、非均匀磨损、刀圈崩裂[3]。为了保证盾构掘进的安全，通常需对盾构滚刀的磨损建立相应的刀具磨损实时监测系统[4]。本文分析了近几年国内盾构滚刀磨损监测的相关专利申请，介绍了国内主要申请人关于滚刀磨损监测的几种常规方案，并基于当前技术现状进行了总结，对未来滚刀监测技术的发展作了展望。

2 盾构滚刀磨损监测技术现状

2.1滚刀磨损监测

滚刀是盾构掘进中的主要刀具之一，仅从结构上看滚刀的组成结构是较为简单的，但其破岩量大、破岩效率很高，特别是在硬质岩层中具有良好的破岩效率，应用广泛且受到好评。随着盾构刀盘的掘进，滚刀随之发生不可避免的磨损，技术人员需结合其损坏程度，定期对盾构滚刀进行检查与更换。从制造使用成本、更换时间等角度考量，都需尽可能充分利用滚刀的寿命，但前提是保证掘进的安全性，这就需要盾构刀盘具备可靠的监测系统。现阶段，为了尽可能准确反应出盾构滚刀的磨损情况，盾构机通常都设有相应的磨损监测显示单元，尽管产品形式多种多样，但最终的目的都是为了便于技术人员对滚刀磨损程度进行管控。

刀具磨损检测方法探究　

蒋帅强郦晓玲　

（浙江省家具与五金研究所浙江杭州３１００００）　Ｃｈｉｎａ　ｓｃ　ｉｅｉｉｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＲｅｖＪ　ｅｗ　工业技术　

●Ｉ　

［摘　要］无论是工业应用中还是生活中，五金磨损检测的意义均是十分重要。尤其是刀具的磨损检测，有利于验证刀具使用情况。文章阐述了刀具切削　过程中磨损机理，提出了刀具磨损检测的各种方法。　［关键词］切削刀具磨损检测方法　中图分类号：ＴＰ３９１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—９１４Ｘ（２０１０）３０—０３２７—０１　

在刀具磨损监测技术研究过程中，大量和稳定的试验数据是监测技术研究　

成功的基础。对于研究人员，获取大量不同加工条件下、不同刀具磨损量、　

多种加工方式、不同工件材料与刀具材料的数据是很困难的，也是不切合实　际的。信号的随机性和多变性也导致获取的信号很难在其它场合下使用。　

因此理想的监测系统必须具备学习能力和增殖能力、对外界环境变化的自适　

应能力，才能够最终实现刀具监测系统的工业应用。　

１刀具切削过程中磨损机理　随着数控机床、加工中心、柔性制造系统、无人化工厂等自动化加工　

技术在机械制造业中的应用和发展，常因刀具磨损或破损未被及时发现而引起　

切削故障，不仅报废工件甚至损坏机床，造成很大损失。目前，多数企业采用　

定期磨刀和换刀的方注，虽可减少一部分事故的发生，但其寿命极限估计值往　

往过于保守，加上刀具寿命的随机性使得大部分刀具“未尽其能”被换下，　造成不必要的损失。因此，为保证系统加工质量，必须准确及时地了解切削刀　

具的磨损状况。为有效评估切削刀具的寿命，金属切削刀具界长期沿用静态，　

离线或加工后测量刀具磨损的方法已不能适应当今发展形势，动态在线监测刀　具磨损的方法是机械加工自动化中尤待解决的问题。　

切削刀具是关系制造成本和工件质量的重要因素。在研究刀具几何参数　

合理性的同时还需观测其磨损形态，分析磨损原因，这对于刀具磨损研究具有　十分重要的意义。大连吉瑞精密钻头有限公司是一家从事刀具研究和生产的　

计算机应用　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　自动化技术与应用￣２００６年第２５卷第１０期　

基于纹理分析的刀具磨损状态监测技术　

周柏清　（湖州职业技术学院，浙江湖州３１３０００）　

摘　要：在大规模的自动化生产中，对刀具磨损状态的监控是保证生产Ｊｒ￣，Ｎ进行的关键。本文在分析现状的基础上，研究应用数学形　态学方法对工件表面纹理图像进行分析，间接地实施对刀具磨损状态的监测。　关键字：刀具磨损；数学形态学；工件纹理；图像处理　中图分类号：ＴＰ３９１．４１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００３　７２４１（２００６）１０　００１７　０３　

Ａｂｒａｓｉｏｎ　Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｔｅｘｔｕｒｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ＺＨＯＵ　Ｂａｉ－ｑｉｎｇ　（Ｈｕｚｈｏｕ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｃｏｒｔｅｇｅ，Ｈｕｚｈｏｕ　３　１３０００，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ａｎ　ｉｎｄｉｒｅｃｔ　ｍｅｔｈｏｄ　ｔｏ　ｍｏｎｉｔｏｒ　ａｂｒａｓｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｏｏ１．Ｉｔ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｉｍａｇｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｔｅｘｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｔｏｏｌ　ａｂｒａｓｉｏｎ；ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ；ｔｅｘｔｕｒｅ　ｏｆ　ｗｏｒｋｐｉｅｃｅ；ｉｍａｇｅ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　

１　引言　在大规模自动化生产中，对刀具磨损状态的监控是保证生　产顺利进行的关键。刀具磨损状态监测是计算机与传感技术的综　合。多年来，众多学者在刀具磨损、破损的监测方面进行了大量　的研究ｌｌ＿　１。现有的ＣＶＴＣＭ方法，主要有三种类型：一是检测　面在刀具磨损表面的基于刀具磨损表面图像的直接监测方法；二　是检测面位于被加工工件表面的基于工件表面纹理图像的间接监　测方法；三是检测面在刀具刃口处切屑上的基于切屑图像的准直　接监测方法。　工件表面纹理是刀具刀刃状态的映像，刀具锋利时切削出　的表面纹理清晰，连续ｆ生好；刀刃磨钝时切削出的工件表面纹理　紊乱，不连续，有断痕，且不同的加工方式和刀具也会有不同的