刀具管理系统技术概要

刀具管理系统重要技术概要 先进制造技术给我印象最深的就是系统性，要把握先进制造技术，就要有全面、系统的视角，不能“只见树木不见森林”；其次就是层次性，例如，刀具管理虽然只是制造系统中的一个部分，却也包含着硬件技术（刀具参数、磨损检测等）和软体知识（刀具调度、自动配刀等）。本文围绕刀具管理系统，按照系统性的原则，将相关重要技术、概念、趋势有层次整理、汇总起来，主要内容如下：1. 刀具管理系统的功能；2. 刀具编码技术；3. 刀具识别技术；4. 模块级刀具配置；5. 刀具耐用度预测；6. 刀具在线监控技术；7. 刀具管理新类型外包模式；1. 刀具管理系统的功能近年来，人们已经认识到刀具管理水平的高低直接关系到企业的生产效率和生产成本，刀具管理需要既能保证生产线及时得到符合要求的所需刀具，又能使库存刀具数量保持在最低的必要水平上；使得流动资金的占用及其引起的财务费用降到最低；并能在发生刀具非正常消耗时做出及时和快速的反应，确保生产正常进行，因此需要在各个车间都配刀具管理系统。所以刀具管理得到了长足的发展，国外已经出现了不少优秀的刀具管理商用软件，比如以下四种：（1） 英国CTMS公司的计算机用刀具管理系统（CYMS）它由一系列的软件模块组成，可配置16个终端，分别设置在刀具房、刀具预调间、计算机室和供应科室等处，各终端直接与中心数据库联网，整个系统的作用可以概括为：改善刀具的发放时间以及控制发放在外刀具的数量；不断更新刀具库的库存信息，直接用刀具预调数据以调定刀具；提供刀具购置信息；提供刀具用途分析报告。（2） 美国CincinnatiMilacron公司的刀具管理系统软件包括以下五个方面的职能：为刀具库准备刀具；给各机床分派刀具；刀具的调度与搬运（轨道）；刀具检测；刀具的信息处理。（3） 德国的Delkel开发的Tool Manager计算机辅助刀具管理系统适合于加工单元、柔性制造系统甚至整个部门的刀具监视、规划和跟踪管理。其软件功能包括：刀具的储备；刀架配备的优化；刀具装配安排；各零件对刀具的需求；刀具寿命规划。（4） 瑞典的Sandvik公司的成套商用刀具管理软件Coratas可使刀具管理实现自动化。该系统能监控刀具从有效地点进入刀具库，直至机加工车间机床上的全部运行过程。它能保证在开始一批新工件的加工时，预先对刀具作合理的准备，并对刀具的状态和工况进行检测。此系统能发现刀具的临界状态和确定刀具库存量的合理性，大大提高了生产的柔性和可靠性以及设备的利用率。该系统可在各加工阶段优化与刀具管理组织有关的各种因素，进而缩短准备、结束时间。减少车间刀具存放量，提高刀具的使用寿命。综上，其刀具管理常用功能包括：刀具库存管理；刀具的优化调度；刀具的动态调度；刀具的寿命管理；刀具的数据管理；刀具识别；刀具自动调定；刀具的自动轨道运输；刀具的监控检测，与外围设备的通信。2. 刀具编码技术随着科学技术的发展，数据量急剧膨胀，过往的手工记录已经不复存在，计算机技术进入企业管理领域已成为必然趋势，为了更好的管理数控车间内数量庞大的刀具，就必须要应用编码技术，这就需要设计一套编码系统来定义每把刀具，使刀具资料一目了然，且不容易漏记。因此，在刀具管理系统的设计过程中，首先要求建立一个典型刀具库，用于存储典型刀具信息；其次，为了便于用户管理和系统存储刀具信息的需要，还应该提供一个刀具分类编码标准，为唯一识别系统的刀具提供依据。2-1刀具编码系统的意义编码设计是数据库系统开发的前提条件，是系统不可缺少的重要内容。编码是指与原来对应名称对应的编号、符号或记号。它是进行信息交换、处理、传输和实现信息资源共享的关键。编码也用于指定数据的处理方法、区别数据类型并指定计算机处理的内容等，主要作用如下：(1) 有利于提供正确的刀具资料由于刀具要经过请购、订购、验收、入库、领发、退库、记录等多个环节，再加之种类、数量繁多，容易造成名称错乱的现象，造成采购、验收、领发和记录不便。对刀具统一编码后，每一把刀具对应一种编码，同时也能克服由于手工作业而造成的刀具漏记现象。(2) 有利于计算机管理有了良好的刀具编码，再配合计算机的使用，对刀具进行记录、统计、核算等操作能大大提高工作效率，这样才能有更多时间让刀具管理人员在刀具数量和现场整理方面下功夫，使刀具数量更加准确。(3) 有利于防止刀具舞弊事件的发生刀具统一编码，并采用计算机管理后，对刀具管理流程，就必须做出严格的控制，即规定原始单据的填制、审核、计算机资料的记录、审核和修改，应分别由不同人员按规定的程序进行管理。这样经过严格的程序控制后，可以减少舞弊事件的发生。2-2刀具编码系统的方法柔性分类编码柔性分类编码是相对于传统的刚性分类编码概念提出来的，它是指分类编码系统横向码长度可以根据描述对象的复杂程度变化，即没有固定的码位设置和码位含义，柔性编码系统既要克服刚性编码系统描述的多义性，以及不能完整、详尽地描述零件特征的特点，又要继承刚性编码简单明了、便于记忆、检索和识别方便的优点。所以，刀具的柔性编码结构模型由固定码+柔性码构成。固定码用于描述零件的综合信息，如类别、总体尺寸、材料等，与传统编码系统相似；柔性码主要用于描述零件各个部分详细信息，如零件的尺寸精度、公差等。2-3柔性编码系统的原则刀具分类的主要原则是科学性、系统性、可扩展性和兼容性。科学性即稳定性，要选准刀具最稳定、本质的信息作为分类的基础和依据，例如刀具的类别、材料、精度等本质属性是刀具永久性的特征。系统性即进行合理的排序，形成一个比较合理的分类体系。可扩展性即留有足够的空位，满足事物和概念变化的需要，安置新出现的信息，兼容性表示的是相关信息分类体系之间的协调性。由此可以得知柔性编码系统的原则亦是如此，其具体步骤是：第一步：将刀具严格分类；第二步：根据类别对每一大类再细分，直至只有刀具的具体规格参数不同为止；第三步：由刀具自身的具体特性产生校验码。关于刀具的分类编码，国际上还没有统一的标准，各国的不同厂家均采用自行设计的代码系统，国内至今也没有建立统一的刀具分类编码规则，但是，在进行刀具分类编码时，有些刀具编码的通用性规则还需要考虑和遵守：(1) 唯一性：即用意单纯，每种规格的刀具或辅具对应唯一的一个代码；(2) 系统性：尽量使代码结构中的每一位都具有实际意义，即尽量适应组织的全部功能需要，并且从信息系统的全局结构考虑，便于分类识别和形成一个系统化的代码体系；(3) 可扩展性：要考虑将来可能扩展的需要；(4) 通用性：简介明了，适用面广，通用性强，便于记忆和校验，位数较少，并且尽可能的照顾用户的使用习惯；(5) 高效率：适合计算机处理，检索查询效率高；(6) 代码要等长：即对不同种类和规格的刀具应保持代码长度不变。2-4信息编码的检错方法编码作为信息系统的处理对象，其正确性具有决定性的影响。为防止在输入、转换等过程中发生错误，系统采用以下措施：固定码逐字比较，柔性码部分设置校验码。校验码是在编码结构设计的基础上，通过事先规定好的数学方法计算出来的。校验码为一位，附在原编码的后面，与原编码一起构成编码对象的编码。使用时，校验码与原编码一起输入系统，由计算机用同样的数学方法，按输入的代码计算出校验码，并将它与输入校验码进行比较，以检查输入是否有错。利用校验码可以检查出代码的各种错误，如易位错误、抄写错误和随即错误。系统的校验码产生方法的计算步骤如下：(1) 加权求和，如果编码为C1 ，C2，Cn，加权因子为P1 ，P2，Pn，则S=i=1nCi Pi，加权因子可选为算术级数1，2，。(2) 以模除和得余数，即R =S mod M，其中R为余数，M为模，在这里取为10。(3) 将余数作为校验码，附在原编码之后，形成最终的代码。例如：原编码为DXCRS2，权为1，2，12；模为10，加权和为S=i=1nCi Pi=125，则校验码R=S mod M=5,所以带校验码的编码为DXCRS25。用校验码校验码检错的过程：如果编码为C1 ，C2，Cn，Cn+1其中Cn+1为校验码，输入时对编码每一位乘以它原来的权值，其中校验码的权值为1，用所得的和除以模得余数T，即T=（i=1nCi Pi+Cn+1）mod M，如果T=0，则编码正确；否则，表示编码出错。3. 刀具识别技术为了实现刀具的信息化管理，除了能正确科学地将刀具进行编码，还要能使计算机管理系统能够识别刀具，“读懂”刀具信息。下面介绍3种常用的刀具识别的方法:1. 刀具编码环识别刀具编码是刀具识别的前提，不同刀具管理系统采用的编码方法和目标也许并不相同，但是，让一个刀具码唯一地对应着一把刀具则是它们都应达到的相同目标。早期，刀具识别系统编码环具体代替刀具码。编码环安装在刀柄尾部的拉钉上，编码环的凸圆环面和凹圆环面分别表示，“1”和“0”，它们组合起来就是一个二进制的刀具码。读码器的触头能与凸圆环面接触，而不能与凹圆环面接触，所以能把凸凹几何状态转变成电路通断状态，即“读”出二进制的刀具码。由于编码环刀具识别系统可靠性差，使用寿命短(接触式，磨损大)，目前基本上不使用这种方式，因而被条形码刀具识别系统所取代。2. 条形码刀具识别系统条形编码系统是目前应用最多的识别系统。每个组装好并经过预调的新刀具都按照编码系统的要求进行编码，条形码打印机对给定的编码打印条形码标签，然后将条形码粘在刀柄上，以便在系统外标识刀具。新刀具出入库和进入制造单元前，通过条形码阅读机将条形码转化为计算机能识别的刀具编码，这样计算机便可以通过追踪刀具编码来跟踪每把刀具的实际情况。条形码刀具识别系统优点是使用寿命长、成本低、操作简单;但由于条形码标签防油污性能差，国外己开始使用磁芯码和芯片代替条形码。3. 刀具管理系统中的RFID技术RFID(Radio Frequency Identification，即射频识别技术)，俗称电子标签，是20世纪90代开始兴起并逐渐走向成熟的一种自动识别技术，利用射频信号通过空间耦合(交变磁场或电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别目的的技术。目前RFID技术在工业自动化、物体跟踪、交通运输控制管理、防伪和军事用途方面已经有着广泛的应用。RFID技术在刀具管理系统应用中主要有点是耐污染、可读取距离达、可识别高速运动物体、可擦写信息、储存数据容量大、可同时识别多个标签等;其缺点是价格较高，当前单个RFID标签最低成本达7美分，远高于条码的成本最低3分。4. 标识块识别系统“标识块识别系统”即国外产品样本上的“ID系统”，与条形码比较，该系统的突出优点是:抗环境污染能力强，存载的信息量大并可多次重写存储的数据。4-1标识块识别原理标识块识别系统由标识块、读写器、识别控制单元三个基本部件组成，如图所示：l 标识块: 是信息的载体，它与被监视的刀具连接，块内存储着该刀具的数据，借助标识块能使信息与刀具同步流动；l 读写器: 是标识块和识别控制单元之间的信息桥梁，它能读出标识块内的数据，或者把数据写入块内；l 识别控制单元: 是标识块识别系统与可编程控制器(PLC)或上位计算机的接口；从图可以看出，标识块与读写器之间是以电磁感应方式传递数据的。给标识块写入的数据是从识别控制单元输送给读写器的0、1信号，写数据就是将0、1信号编码，经LC振荡器调制后传送给标识块存储起来。读数据的过程则相反:依据内存信息，控制电路驱动线圈动作，把标识块存储的数据传送给读写器。4-2标识块刀具识别系统标识块刀具识别系统的元器件较小。所示标识块为短圆柱体，它嵌在刀柄侧面(也可以嵌在拉钉的尾部)。存储在标识块内的信息由用户设置。系统中常见刀具信息分为4类:管理信息，其中包括刀具编码、刀具名称、刀具类型、刀具材料、刀具用途、简图编号、入库时间等;动态信息包括刀具状态、刀具位置、位置编号、耐用度、寿命、补偿长度、补偿半径等;加工信息:加工精度、刀具用途、加工精度及范围、加工表面粗糙度、适用机床类型式等;几何参数:刀具长度、前角、后角、主偏角、刃倾角等。标识块的数据可以重写1万次，数据可以保存10年。4. 模块级刀具配置配置的对象不再是完整的刀具，而是经过模块化处理的刀具组成零件，从而提高刀具管理的优化空间，更好地管理刀具，涉及一些重要概念，具体如下:定义1：虚拟刀具能满足零件加工特性和加工要求的抽象刀具为虚拟刀具。该刀具在刀具库中可能并不存在，只是按照刀具库中刀具详细参数的表示方法进行表示的一种刀具，是加工该零件所需的理想刀具。对虚拟刀具进行详细描述的参数称之为约束参数，满足该虚拟刀具约束参数的刀具库中刀具可能有很多，也可能没有，这取决于参数值的设定和刀具的匹配准则。定义2：物理刀具(成熟刀具)称可直接装配到机床上进行加工的整体式刀具或已由零部件装配好的一把模块式刀具为物理刀具(或成熟刀具)。该刀具是机床加工零件时所需的刀具，可能是整体式的，也可能是模块式的。定义3：逻辑刀具由刀柄、接杆、刀头及配件组成的刀具零部件集合为逻辑刀具。这些零部件可能能够装配成为一把物理刀具，也可能因为接口不同不能装配成一把物理刀具，甚至该逻辑刀具可能只有一种零部件。几种刀具之间的关系虚拟刀具定义了加工点对刀具的要求，满足这个要求或满足虚拟刀具约束参数要求的逻辑刀具可能很多，即由一把虚拟刀具可以得到多把逻辑刀具;反之，由于逻辑刀具是对虚拟刀具参数的满足，同样的逻辑刀具可能满足多个虚拟刀具的要求，即一把逻辑刀具可以对应多把虚拟刀具。虚拟刀具与逻辑刀具是多对多的关系。同样，一把逻辑刀具如果拼装成物理刀具后，由于一些零部件的可调性，该逻辑刀具可以形成若干把物理刀具。例如一把逻辑刀具包含了刀柄和可调镗刀头，由于镗刀头的可调性，当装配成物理刀具后，调节刀头滑块，即可形成不同的物理刀具。对于模块式刀具，同样的零部件由于装配尺寸的不同也可形成多种物理刀具。但是一把物理刀具只对应着一把虚拟刀具。逻辑刀具和物理刀具是一对多的关系。传统的刀具管理系统本质上是一个刀具的数据库管理系统，其中中央刀具库中每种规格的物理刀具在一个较长的时间内是不会变的，其调整通常由信息管理系统或全厂刀具管理系统根据中长期生产计划进行，成熟刀具的选择只在已有的刀具库中进行。作业计划与调度以各刀具规格具有的物理刀具数为约束之一，做出分批、调度、刀具装载及加工路径等方面的决策。这样，物理刀具数限制了计划调度的优化空间。随着刀具技术的发展，模块式刀具已成为企业所使用刀具的主流。该刀具是由各个功能零部件组成的，各个零部件之间的装配采用标准的接口，如图所示：刀具级刀具配置没有考虑刀具的组装特性，可能引发一些问题的出现:如果两把不同规格的刀具T1和T2都含有同样的刀具零部件M1，且T1和T2在不同的时间段上使用，必然引起M1零部件的重叠。当M1是比较昂贵的刀具零部件(如刀柄)时，这种方法的效果很值得怀疑。而且，在大量实际应用中，人们更愿意用闲置的刀具零部件装配急需的刀具。企业刀具库中常备刀具零部件，而非装配好的成熟刀具，能够形成比刀具级刀具配置更大的刀具集。这种以刀具零部件作为常备刀具进行刀具配置的方法为模块级刀具配置，明模块级刀具配置的优化空间大于刀具级刀具配置。5. 刀具耐用度预测当一把新刃磨好的刀具投入切削时，随着切削动作的持续进行，刀具便逐渐磨损。经过一段时间，磨损便越来越加剧，切削能力显著下降，以致不再符合切削的要求。这一现象称之扣钝化。刀具耐用度是指刀具从新刃磨好至钝化前的一段实际切削时间一即两次刃磨间的切削时间，也称为刀具寿命。刀具耐用度是确定换刀时间的重要依据、，同时也是衡量工件材料的加工性和刀具材料的切削性，以及刀具几何参数和切削用量选择是否合理的重要指标。在正常情况下，如刀具磨损的限度相同，刀具的耐用度越高，表示刀具的磨损越慢，其生产效率也相应提高。目前对刀具磨损寿命管理主要采用以下三种方式：第一种是采用简单的切削时间累加的方法进行刀具磨损寿命管理，此种方法简单，方便。但是，根据理论切削学，刀具的实际磨损与具体的加工状态如切削用量、刀具的材料、工件材料、切削部分的形状和刀具材料与加工材料的物理、化学及机械性能的综合等有关。因此，采用简单的切削时间累加不足以全面衡量刀具的磨损，势必造成刀具的保守使用，增加刀具的成本，影响产品的竞争力。第二种方法是还采用在线监测的办法来掌握刀具磨损与破损状况。此种方法实时、准确，发展比较完善，但是，不能预测刀具的破损时间，容易造成工件和机床损坏，也会出现停机等待工件现象。第三种方法是采用经验公式。经验公式是目前应用比较广泛的一种刀具寿命预测的方法。它是在一定条件下根据一系列试验得到的固定不变的一系列公式。因此当加工条件改变时公式的可靠性、科学性就无法保证。针对这些情况，本章提出了基于支持向量机的刀具耐用度的智能预测。6. 刀具在线监控技术6-1 综述在数控机床的工况监测中，一个极为关键的技术就是刀具切削状态监测系统(Tool Condition Monitoring System，简称为TCMS)，它是降低制造成本、减少制造环境危害、保证制造系统正常高效运行和产品质量的主要手段之一。这是因为随着机械加工过程中自动化程度的不断提高，数控机床、加工中心、柔性生产线的应用日益普及，制造过程无人参与，尤其是硬质合金、陶瓷、人造金刚石等脆性材料刀具大量使用，金属切削刀具由于磨损、破损而丧失工作能力的可能性越来越大。在自动化制造过程中，需要系统能够自动判断刀具的磨损程度并及时换刀，以避免由于刀具磨损量过大造成的加工质量下降或其他损失。由于刀具的磨损、破损影响整个加工制造过程，所以通过对刀具切削状态变化的监测可了解加工制造过程中其他因素的变化，如加工质量(工件表面粗糙度、形状位置精度等)、机床状态(如机床的振动)等。传统的刀具寿命管理虽然可以一定程度上减轻刀具磨损或破损而造成的损失，但因为刀具寿命的随机性，其寿命极限估计往往过于保守，以致大部分刀具未能充分利用。研究表明，采用实时刀具监控技术后能够将由于人和技术因素引起的故障停机时间减少75%，将有效加工时间由无监控系统时的10%提高到65%，将机床利用率提高到50%以上。早期的金属切削加工过程是由操作人员凭借其熟练的技术，一人看管一台机床，刀具的磨损、破损问题并不突出。随着大批量生产的要求，自动化程度不断提高，带来了许多工业问题，其中刀具磨损、破损等异常状态的实时监测亟待解决。切削刀具切削状态的实时监测也是实现制造系统现代化、自动化、柔性化的基础。金属切削加工是最重要的机械制造方法。在这些加工过程中，不能通过基本切削参数(刀具几何参数、切削用量等)很精确预测切削加工的状态(切削形式、刀具耐用度、刀具寿命等)。刀具寿命和状态对加工的经济性和工具质量有很大的影响。在金属切削加工的过程中，刀具的磨损、破损如未能及时的发现，会导致切削过程的中断，引起工件的报废、机床损坏、造成很大的经济损失。虽然刀具寿命管理可以防止刀具的磨损和破损，但因为刀具寿命的随机性，其寿命极限估计往往过于保守，以致大部分刀具未能充分利用。在无人化加工系统中，这将意味着换刀次数和刀具费用的增加。因此，机加工过程中，定量、定时地掌握刀具切削状态，监测与诊断刀具磨损、崩刃等损伤故障，对于延长机床设备无故障运行，提高产品质量具有重要的意义。现在，有些刀具破损监测法已经成熟，并用于生产中。后来人们又将目光放在刀具磨损的监测上。在切削过程中，刀具的磨损在所难免。刀具磨损是一个渐进的过程，变化较缓慢，在常规的操作中单机床加工时，工人可以根据机床的振动或噪声及切削情况等估计刀具磨损程度;在自动化加工过程中，则需要系统能够自动判断刀具的磨损程度并及时换刀，以避免由于刀具磨损量过大造成的加工质量下降或其他损失。由于刀具的破损、磨损将影响整个加工过程，所以通过对刀具切削状态改变的监测可以直接反映出加工过程中其他因素的变化，如加工质量(工件表面粗糙度、形状位置度等)、机床状态(如机床的振动)等。这样，刀具监控系统的监控对象不再只局限于刀具，而是向更宽的范围拓展。在现代制造技术中，刀具破损、磨损的在线监控及通过刀具监控来控制其他过程因素构成了刀具监控技术的全部。随着技术的发展，生产自动化程度、加工精度越来越高，难加工材料和新材料越来越多，零件的形状越来越复杂所以需要在自动化加工过程中对刀具进行在线监控。实现刀具监控是实现自动化制造的前提，是降低制造成本、减少制造环境危害、保证制造系统正常高效运行和产品质量的主要手段之一。6-2刀具监控系统实现的功能刀具监控是为了达到对刀具管理的目的，为此应该完成以下工作:1. 刀具切削状态检测。检测刀具是否磨损或者破损(卷刃、崩刃、裂纹、剥落和破碎等非正常磨损)；2. 刀具耐用度管理。检测统计刀具的实际使用时间，确定刀具是否刀具磨损钝化需要更换、刃磨；3. 确定备用刀具的种类和数量，确定更换备用刀具的时间；4. 自动交换刀具。备用刀具换下该刃磨的刀具或者寿命到期的刀具以及己经损坏的刀具；5. 检测系统应该实时与刀具管理系统交换信息，及时更新刀具数据库信息；6-3刀具监控方法刀具监控有直接和间接两种途径：6-3-1刀具直接监测直接测量刀具刀刃的几何形状、位置等参量，一般只能离线测量。可以判断出刀具的使用状况。刀具直接监控的常用方法可分为两类：(1)图像匹配法摄像机摄取的刀具图像经过处理后与刀具标准图像对照比较，能够作出刀具正常、磨损、破损等判断。该方法采用测量刀具损耗面，这是应用光学技术监测刀具损耗面大小的方法。其中，一种方法是基于刀具侧面磨损后反光度增大的现象，对侧面的发射光进行分析就可判断刀具的磨损情况。另一种方法是采用工业电视监视，电视摄像机接收刀刃部分的图像，将图像数字化后由计算机进行图像处理，在屏幕上直接显示出刀具磨损面的形状和尺寸。(2)接触法划针式接触测量，可直接得出表面粗糙度的评价参数Ra或Rz。此类方法仅适于静态测量。目前，绝大多数此类方法仅适用于计量室或实验室环境。用接触传感器、靠模、磁间隙传感器等工具检测切削刃的位置，也能判断刀具切削状态。该方法采用的是接触触发式传感器，以英国Renishew公司的产品为代表，该传感器三个方向都可触发，其工作原理是停机后退出刀架至原位，回转臂在测头接触刀具后会发出一个信号，该信号锁住测头刀刀具瞬间机床上的坐标位置，根据两次坐标之间的读数差，可知刀具的磨损量。利用这一方法可测出刀尖的磨损、破损尺寸的改变量，但比较麻烦，对形状复杂的工件更是无能为力。6-3-2刀具间接监测间接法是间接测量正在切削状态中刀具的某些参数，将它与给出的正常切削参数进行比较，从而推断出刀具是否己磨损或者刀具就要发生破损的先兆，达到监测的目的。切削加工过程中，正常刀具、磨损刀具、破损刀具不仅给工件表面留下各不相同的形貌，还能引起某些物理量的显著变化。检测某物理量的实际数值，以它为依据来判断刀具的状态，这就是刀具间接监控，其常见方法有:(1)工件表面质量监测用激光(或红外)传感器检测工件加工面的粗糙度。是非接触式光学反射测量，得出的是工件表面粗糙度的相对值。自动监测中通常采用光纤传感器和激光测试系统两种类型。此类方法测试效率高，可以不留痕迹地测量软质材料的工件表面，但事先要采用样品标定，受切削液、切屑、工件材质、振动等的影响较大。当前还达不到实际应用水平。(2)切削温度监测切削热也是金属切削过程中的一个重要物理现象，刀具的磨损和破损将导致切削温度的骤增。测量切削温度有三种方式:(a)刀具工件组成的自然热电偶，可以测出切削区的平均温度，不同的刀具、工件材料需进行标定;(b)固定在刀体内某点，由两种金属丝组成的热电偶，测出的是距离刀刃一定距离处某点的温度，存在温度变化时响应慢、事先准备费时的问题；(c)红外摄像系统，可测出切削区场分布，具有灵敏度高，响应时间短的特点，但仪器复杂、成本高，聚焦困难，难以测出切削覆盖处的刀具温度。(3)测量工件尺寸加工中刀尖磨损或破损必然会引起工件尺寸发生变化，通过测量工件己加工表面的尺寸变化量，可以间接判断出刀具的磨损、破损情况。从测量方式看，有接触工件测量的接触式和测量刀具工件之间间隙的非接触式两类。测量工件尺寸方法的优点在于能直接定量给出刀具径向磨损或破损值，并可与加工精度的在线、实时补偿结合起来，保证加工质量，实现精加工中刀具磨损、破损监测的最终目标。其缺点在于，实时测量易受测试环境干扰，冷却液、切屑等影响测量结果;加工中工件、刀具的热膨胀和受力变形、主轴回转精度、进给运动精度、振动等因素也会直接影响测量的精度。此外，在加工变截面工件时，要求传感器进行准确的跟踪定位，由此也会带来定位的误差，并增加了实现的难度。(4)测量刀具与工件接触处电阻测量原理可分为两种:一种是根据刀具磨损使刀具与工件接触面积增大而引起接触电阻减小的效应，这种方法受切削用量影响较大并有绝缘要求;二是在刀具后刀面上贴一层薄膜导体，它随着刀具磨损而消耗，根据其电阻的变化可知刀具后刀面的磨损量。此方法精度高，但需每把刀具都粘贴薄膜电阻，且在高温、高压下薄膜电阻易脱落。该方法应用于实际工况，目前还不太现实。(5)超声波监测用超声波换能器与接受器检测主动发射超声波的反射波。(6)振动监测振动监测用加速度计或振动传感器检测加工过程中的振动信号。刀具在切削过程中，工件与磨损的刀刃部侧面摩擦，会产生不同频率的振动。对这种振动的监测有两种方法:一是把振幅分成高低两部分，在切削过程中对此两部分振幅进行对比;二是把振幅分成几个独立的幅带，用微处理机对这些幅带进行不断地记录及分析，即能监测出刀具后刀面的磨损程度。美国国家标准局自动化研究所在钻削加工中利用振动信息方面取得了成功的经验。研制成的系统是利用装在工件上的加速度传感器对振动信息进行时效分析，识别钻头的磨损并判断钻头的折断。(7)切削力监测用应变力传感器或压电力传感器检测切削力、切削分力的比值。采用切削力作为监测信号，具有拾取信号容易，反映迅速、灵敏等优点。切削力的测量成分包括静态力和动态力两部分。采用的监测参数主要有切削分力大小及其导数，切削力之比，动态切削力的时序分析、频谱、相关函数等。其中信号处理技术包括了时域和频域两大类。采用切削力监测方法的主要障碍在于，由于切削过程的复杂性，影响切削力变化的因素很多，较难将刀具磨损与破损性质区分开，使得设置监测阀值非常困难。(8)功率监测用互感器、分流器、功率传感器等检测主电机或送给电机的功率，测量主轴电机功率(或扭矩)。此方法是基于刀具磨损或破损时，切削力将增大，造成切削功率(或扭矩)的增加，使得机床驱动主运动电机的负载功率变大的现象，一般是通过测量负荷功率或电流和电压间相位及电流波形变化等来达到监测的目的。该方法具有测量信号简便、可避免切削环境中切屑、油烟、振动等干扰监测装置易于安装等优点，是目前应用较为广泛的一种监测方法。其缺点是在小尺寸刀具或切削用量比较小时，电机功耗变化不明显，一般仅适合于粗加工场合。此外，电网电压不稳定、电磁噪声等干扰都对监测效果有直接影响。(9)声发射监测声发射监测是用用声发射传感器检测加工中的声发射信号及其特征参量。用于监测刀具的磨损、破损是在无损监测方面新开辟的一个应用领域。目前，国外已经用在加工中心上。声发射是在金属加工中分子晶格发生位错、裂纹扩展及塑性变形时释放出的一种超高频应力波脉冲信号，其频率范围在100kHz以上。刀具破损时，声发射信号的某些特征参数，如包络曲线的有效值、突发脉冲幅值、脉冲计数器、功率谱等将发生变化。声发射的优越性在于它避开了切削过程中振动和音频噪声污染严重的低频区，在所感兴趣的频率范围内灵敏度较高;能抵御一定范围内切削用量的变化;同时，由于监测信号反映的是金属材料内部晶格变化情况，故有可能较早地对刀具破损进行预报。其不利之处是特征参数易受工件和刀具材料的影响，实际环境下的高频噪声往往造成其误判;由于声发射信号在接触界面传播时损耗很大，一般要求将传感器安装在刀杆上;声发射监测系统要求有超高频信号处理仪及与之相应的计算机，故成本相对较高。通过以上的分析可知，在直接监测刀具磨损量比较困难的情况下，当前针对刀具磨损状态密切相关的物理量，提出了许多的间接刀具磨损状态监测技术并且