刀具磨损演化的建模与优化

根据刀具分阶段磨损规律，以刀具的后刀面磨损量、磨损速度为状态参数，建立刀具磨损演化的预测模型［14］：

式中：tk-1≤t≤tk；VB（tk）为tk时刻刀具的总磨损量；rk为tk时刻的刀具磨损率；λk为tk时刻刀具磨损加速度。

一般情况下，根据刀具三阶段磨损规律，式（2.44）在刀具磨损的三个阶段分别有不同的表示，如图2.23所示。

图2.23　刀具磨损量监测与控制示意图

（1）初始磨损阶段：该阶段刀具磨损量为时间的二次曲线，可以表示为

（2）正常磨损阶段：在一般情况下该阶段的刀具磨损量与时间成线性关系，可表示为(www.xing528.com)

在加工过程中，设置刀具磨损的侦测识别监测点，通过监测和计算可获得tk时刻的刀具磨损量VBk和磨损率rk，利用式（2.46）实现t＞tk时的刀具磨损量VBk（t）的预测。

（3）快速磨损阶段：当监测结果出现rk＞rmax或λk＞ε或VBk≥VBmax时，刀具进入快速磨损阶段，并触发停止加工、更换刀具指令。

在确定的工况条件下，式中rk和VBk为切削速度vc和每齿进给量fz的函数，可以通过实验方法建模。图2.24（a）、（b）所示分别为通过实验获得的t1时刻的刀具磨损率r1和后刀面磨损量VB1随切削速度vc和每齿进给量fz的变化关系。

图2.24　刀具磨损实验建模

（a）刀具磨损率（b）后刀面磨损量