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本發明公開了一種數控機床銑削加工刀具破損監測方法，該方 法通過獲取機床主軸電機電流信號，預處理后經過奇異譜分析與特征 值提取過程，建立刀具破損監測模型，實現對刀具破損狀態的監測， 達到通過電流信號預測刀具破損的目的。本發明采用電流信號作為監 測信號，具有信號獲取容易，傳感器成本低，安裝方便等特點，奇異 譜分解可以有效提取信號中與刀具狀態相關的成分，并且奇異譜是基 于信號內部結構的分解方法，計算速度快，節省時間；特征值是基于 統計方法方差進行提取，可以有效反應刀具破損狀態，并且也具有計 算速度快的特點；支持向量機在小樣本、非線性模式識別中表現出許 多特有的優勢，識別準備率較高。 

本發明公開了一種數控機床銑削加工刀具破損監測方法，該方法通過獲取機床主軸電機電流信號，預處理后經過奇異譜分析與特征值提取過程，建立刀具破損監測模型，實現對刀具破損狀態的監測，達到通過電流信號預測刀具破損的目的。本發明采用電流信號作為監測信號，具有信號獲取容易，傳感器成本低，安裝方便等特點，奇異譜分解可以有效提取信號中與刀具狀態相關的成分，并且奇異譜是基于信號內部結構的分解方法，計算速度快，節省時間；特征值是基于統計方法方差進行提取，可以有效反應刀具破損狀態，并且也具有計算速度快的特點；支持向量機在小

本成果獲重慶市技術發明獎一等獎，為多股螺旋彈簧（簡稱多股簧）的設計、制造及檢 測提供了全套解決方案，提出了多股簧的動態設計新理論，研制了多股簧疲勞試驗裝置和性 能試驗裝置，發明了高精度多股簧數控加工機床。獲權國家和國防發明專利計10項。經鑒 定該機床處于國際先進水平。多股簧產品一次合格率從原來的20-25%提升到90%以上，精 度等級從1-3級提升到穩定的1級精度，節約直接制造成本70%左右。多股簧是高端裝備中 的關鍵元件，對我國高端裝備的性能、可靠性提升具有重要意義。本成果已在軍工、摩托車 減振器、起重機等軍民領域應用，應用前景廣闊。

本實用新型提供一種多刀頭高效加工機床，包括：床頭箱、前床腿、臺尾體、后床腿、床身、床鞍、滑板及托架；所述的床頭箱設置在所述的前床腿的上方，所述的滑板設置在所述的床鞍上，所述的托架固定連接在所述的滑板上，所述床頭箱上安裝有車刀總成，所述車刀總成包括車刀、車刀固定座，所述車刀固定安裝在車刀固定座內，所述車刀固定座包括基座，基座上端設有相互平行的前、后兩排卡槽，所述卡槽底部設有螺紋固定孔，本實用新型實用性強，安全性能好，結構簡單，設計合理，使用壽命長，工作效率高，工作性能穩定，操作簡單，工作連續性強，精度

研究領域(1)CAD/CAM及RPM相關技術：包括功能性梯度材料/生物醫學材料計算機輔助設計以及快速原型和制造（RPM）相關技術及應用；(2)面向功能構件數字化制造的設計，網絡制造技術，功能構件的拓撲優化設計理論與方法；(3)功能構件的多尺度建模、仿真分析與優化；(4)高速精密加工工藝及裝備的動態精度設計：包括高速精密加工工藝系統動力學建模與仿真等。科研成果及簡介科研成果：(1)國家自然科學基金項目（59505005），“數控加工自適應刀具軌跡規劃及動力學行為的研究”．1996年1月～1998年12月。完成人：張大衛、黃田、倪雁冰、周立華、馮志勇、徐安平、閻兵。1998年12月結題，國際先進。(2)河北省科技攻關計劃項目，“基于網絡的新產品快速開發系統”． 完成人：檀潤華、徐安平、段國林、梁艷紅、張瑞紅、劉力松、孫立新、苑彩云、曲云霞。2001年6月鑒定，國際先進。2002年獲河北省科技進步三等獎。(3)河北省自然科學基金項目，基于汽車減振器新型數學模型的汽車乘座動力學系統參數設計．完成人：檀潤華、呂維瑛、張瑞紅、苑彩云、段國林、徐安平。2001年6月鑒定，國際先進。(4)河北省博士基金項目，汽車非線性乘座動力學專用仿真軟件開發．完成人：檀潤華、陳鷹、呂維瑛、張瑞紅、苑彩云、段國林、徐安平。2001年6月鑒定，國際先進。(5)天津市自然科學基金項目，汽車非線性乘座動力學關鍵技術研究．完成人：檀潤華、陳鷹、呂維瑛、張瑞紅、苑彩云、段國林、徐安平。2001年6月鑒定，國際先進。(6)河北省自然基金項目（500050，5萬），三維布局問題建模及其求解方法的研究．完成人：段國林、張健楠、蔡瑾、王彩紅、何樹田、徐安平、張滿囤。2003年3月通過河北省科技廳鑒定，國際先進。(7)河北省教育廳計劃項目（2000209，2萬），二維不規則形狀自動布局系統的研究開發．完成人：段國林、王彩紅、徐安平、張健楠、張滿囤、孟憲春。2003年3月通過河北省教育廳鑒定，國際先進）(8)國家教育部高等學校骨干教師資助項目，快速原型件網上訂貨系統研究．完成人：檀潤華、梁艷紅、段國林、苑彩云、張瑞紅、徐安平、孫立新、劉力松、王永山。2000年1月——2001年12月。已結題。(9)天津市科委計劃項目，“基于MDT環境的內嵌式RP數據處理軟件的研制”．課題組成員：徐安平、檀潤華、劉玉山、曲云霞、劉力松、陳青果、金艷麗。2001.1 ~ 2003.12.（1.5萬），2003年6月18日天津市科委組織專家組對項目進行了總體驗收。(10)天津市科委計劃項目，“RP技術在新產品開發過程中的應用”．課題組成員：段國林、徐安平、劉力松。2001.1 ~ 2003.12.（5萬），2003年6月18日天津市科委組織專家組對項目進行了總體驗收。(11)河北省自然科學基金項目（500046），“數控環境下動態銑削過程物理仿真系統的研究與開發”．課題組成員：徐安平、曲云霞、閻兵、段國林、孫明達、李為民、劉玉山、金艷麗、陳青果。2000.3 ~ 2003.3. （3.5萬），2003年7月20日河北省科技廳組織專家對項目進行了技術鑒定，國際先進水平。(12)河北省教育廳博士基金項目，“數控環境下動態銑削過程仿真系統的研究與開發”．課題組成員：徐安平、曲云霞、閻兵、段國林、孫明達、李為民、劉玉山、金艷麗、陳青果。2000.1 ~ 2003.3.（3.5萬），2003年7月20日河北省科技廳組織專家對項目進行了技術鑒定，國際先進水平。(13)國家自然科學基金項目（50175025），“進化過程驅動的產品概念設計模型研究”．課題組成員：檀潤華、段國林、徐安平、馬建紅、張瑞紅、苑彩云、王永山、姜屏。2001~2003,（7萬），2003年3月結題。(14)天津市自然科學基金項目（023603411），“組合夾具CAD中關鍵技術的研究”．課題組成員：段國林、丁銀周、蔡瑾、徐安平、張滿囤、李向東、李戰委。2002.6 ~ 2004.6（6萬），2005年7月3日天津市科委組織專家對項目進行了驗收，國際先進。(15)河北省自然科學基金項目（502047），“組合夾具計算機輔助構形設計中基于案例的推理方法的研究”．課題組成員：段國林、丁銀周、蔡瑾、徐安平、張滿囤、李向東、李戰委。2002.1 ~ 2005.1.（6萬），2005年7月16日河北省科技廳組織專家對項目進行了技術鑒定，國際先進。(16)天津市自然科學基金項目（023605411），“MDT環境下RP數據處理及設備驅動程序的研究與開發”．課題組成員：徐安平、曲云霞、劉玉山、陳青果、侯紅葉。2002.6 ~ 2005.6（6萬），2005年8月6日天津市科委組織專家對項目進行了驗收，國際先進。(17)河北省優秀專家留學基金項目，“選擇性金屬粉末直接燒結快速成形工藝關鍵技術及設備研究”．項目負責人：徐安平。2002.1 ~ 2004.12（8萬），已完成。(18)河北工業大學“十五211”工程項目，“功能梯度實體快速制作機”．項目負責人：徐安平。2005.1 ~ 2005.12（20萬），已通過驗收。(19)河北省教育廳計劃項目, “基于RP的新產品快速開發系統”．課題組成員：段國林、徐安平、李翠玉、劉玉山、陳青果、侯紅葉。2001~2003（20萬），已完成。(20)國家863計劃項目（2002AA415300），“自主版權三維CAD和ERP軟件在離散型中小企業的應用研究”．課題組成員：檀潤華、李向東，徐安平等。（50萬），2005年11月通過科技部驗收。(21)美國國家科學基金（NSF）項目（DMI-0218169），“Dental Restorations via Multi-Material Solid Freeform Fabrication”．課題組成員：Leon L. Shaw, Anping Xu, Jiwen Wang, Xiaoxue Li et al.(22)美國國家科學基金（NSF）項目（CBET-0930365），“Functionally Graded Orthopedic Implants via the Slurry Mixing and Dispensing Process．課題組成員：Leon L. Shaw, Anping Xu, et al.(23)天津市自然科學基金資助項目（043603111），“多坐標高速銑削集成仿真系統研究”．完成人：閻兵，徐安平等。（6萬），2007年11月通過天津市科委驗收。(24)河北省自然科學基金資助項目（E2004000052），“CAD模型直接驅動的桌面立體打印設備驅動原理及實現方法研究”．完成人：徐安平，牛亞松，付建華，曲云霞等。（7萬），2008年1月31日通過河北省科技廳組織的專家鑒定，國際先進水平。(25)河北省自然科學基金資助項目（E2006000039），“場信息驅動的復雜功能梯度實體建模理論及數字化制造關鍵技術研究”．完成人：徐安平，朱東彬，曲云霞等。（5萬），2010年5月結題。獲獎與專利 專利：(1)徐安平，朱東彬，曲云霞，郭艷華．一種非均質功能構件的制造方法與裝置[P]．國家發明專利，專利號：ZL 2008 1 0053855.5，授權公告號：CN 101328067 B， 2010年10月27日（申請日：2008年7月16日）(2)徐安平，朱東彬，曲云霞，郭艷華．打印頭與激光頭構成的組合頭[P]．國家實用新型專利，專利號：ZL 200820075355.7，授權公告號：CN 201211731Y，2009年3月25日（申請日：2008年7月16日）．(3)徐安平，汪建明，朱東彬，曲云霞．一種組織工程用三維多孔支架的制備方法及設備．國家發明專利，申請號：201010210618.2，申請日：2010年6月28日．(4)徐安平，朱東彬，郭彬，曲云霞．一種三維條形碼標簽及其制作方法．國家發明專利，申請號：201010250088.4，申請日：2010年8月11日．(5)徐安平，蔡曉剛，朱東彬，劉志華．一種非均質實體的制造方法及設備．國家發明專利，申請號：201110269706.4，申請日：2011年9月13日．(6)徐安平，蔡曉剛，朱東彬，劉志華．一種非均質實體的制造設備．國家實用新型專利，申請號：201120341665.0，申請日：2011年9月13日．軟件著作權：(1)現代集成快速原型系統(CIRPS V1.0)（軟件著作權登記，登記號：2005SR07148）．著作權人：徐安平、劉玉山、陳青果、侯紅葉、高艷平、曲云霞．中華人民共和國國家版權局，2005年7月。(2)現代集成快速原型系統(CIRPS V2.0)（軟件著作權登記，登記號：2007SR06739）．著作權人：徐安平、牛亞松、劉玉山、陳青果、侯紅葉、宋麗、曲云霞．中華人民共和國國家版權局，2007年5月。(3)非均質實體造型系統（HO-CAD V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2008SR04932）．著作權人：徐安平、紀振鵬、曲云霞、趙競雄、劉志華．中華人民共和國國家版權局，2008年3月。(4)銑削過程物理仿真系統（MPSS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2008SR07563）．著作權人：徐安平、曲云霞、孫明達．中華人民共和國國家版權局，2008年4月。(5)STL模型缺陷檢測與修復系統（STL Master V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2010SR041794）．著作權人：徐安平、張蕊、曲云霞、朱東彬．中華人民共和國國家版權局，2010年8月16日。(6)銑削過程物理仿真系統（MPSS V2.0）（軟件著作權登記，登記號：2010SR061831）．著作權人：徐安平、張大衛、張學中、靳紅偉、韓喜峰、常寧、曲云霞．中華人民共和國國家版權局，2010年11月18日。(7)基于Web的博碩士學位論文管理系統（DMMIS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2011SR036294）．著作權人：張滿囤、徐安平、韓冬冬、張金鐲、王智琦、王麗、邊彬彬．中華人民共和國國家版權局，2011年6月10日。(8)基于Web的圖書館學科聯絡館員信息服務管理系統（IDISMIS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2011SR042556）．著作權人：徐安平、王智琦．中華人民共和國國家版權局，2011年7月2日。可轉讓項目(1)一種非均質功能構件的制造方法與裝置[P]．國家發明專利，專利號：ZL 2008 1 0053855.5，授權公告號：CN 101328067 B， 2010年10月27日（申請日：2008年7月16日）(2)打印頭與激光頭構成的組合頭[P]．國家實用新型專利，專利號：ZL 200820075355.7，授權公告號：CN 201211731Y，2009年3月25日（申請日：2008年7月16日）．(3)一種組織工程用三維多孔支架的制備方法及設備．國家發明專利，申請號：201010210618.2，申請日：2010年6月28日．(4)一種三維條形碼標簽及其制作方法．國家發明專利，申請號：201010250088.4，申請日：2010年8月11日．(5)一種非均質實體的制造方法及設備．國家發明專利，申請號：201110269706.4，申請日：2011年9月13日．(6)一種非均質實體的制造設備．國家實用新型專利，申請號：201120341665.0，申請日：2011年9月13日．(7)現代集成快速原型系統(CIRPS V1.0)（軟件著作權登記，登記號：2005SR07148）．中華人民共和國國家版權局，2005年7月。(8)現代集成快速原型系統(CIRPS V2.0)（軟件著作權登記，登記號：2007SR06739）．中華人民共和國國家版權局，2007年5月。(9)非均質實體造型系統（HO-CAD V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2008SR04932）．中華人民共和國國家版權局，2008年3月。(10)銑削過程物理仿真系統（MPSS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2008SR07563）．中華人民共和國國家版權局，2008年4月。(11)STL模型缺陷檢測與修復系統（STL Master V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2010SR041794）．中華人民共和國國家版權局，2010年8月16日。(12)銑削過程物理仿真系統（MPSS V2.0）（軟件著作權登記，登記號：2010SR061831）．中華人民共和國國家版權局，2010年11月18日。(13)基于Web的博碩士學位論文管理系統（DMMIS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2011SR036294）．中華人民共和國國家版權局，2011年6月10日。(14)基于Web的圖書館學科聯絡館員信息服務管理系統（IDISMIS V1.0）（軟件著作權登記，登記號：2011SR042556）．中華人民共和國國家版權局，2011年7月2日。可承擔（合作開發）科研項目與技術合作(1)CAD/CAM軟件開發，RPM相關技術開發：包括功能性梯度材料/生物醫學材料計算機輔助設計以及快速原型和制造（RPM）相關技術及應用；(2)功能材料或構件的數字化設計與制造技術開發，網絡制造技術開發；(3)功能構件的多尺度建模、仿真分析與優化技術；(4)高速精密加工工藝及裝備的動態精度設計。

本發明公開了一種數控加工狀態自學習的刀具磨損監控系統，結構為：刀具磨損規律學習庫存儲刀具學習磨損規律；數據獲取與判斷模塊將伺服驅動電流數字信號提供給數據處理模塊，進行格式轉換并保存為監控電流信號；特征提取與選擇模塊選擇與刀具磨損強相的信號特征；擬合預測趨勢曲線模塊建立信號特征與刀具加工壽命關系曲線；刀具磨損規律模塊從刀具磨損規律學習庫中獲得刀具學習磨損規律；將趨勢信號特征帶入刀具學習磨損規律中得出刀具磨損量；刀具磨損補償及換刀模塊根據刀具磨損量作出刀具磨損補償及換刀決策，提供給數控系統接口輸入模塊。

本發明公開了一種用于五軸數控加工的刀具軌跡防過切的方法， 包括以下步驟:(1)將刀具沿刀軸方向向曲面投影，并得出新刀位點、 新刀觸點;(2)檢測所述新刀觸點在所述刀具上的位置;(3)調整所述刀 軸方向，轉而執行所述步驟(1);(4)輸出所述刀軸方向 T 作為所述刀具 的刀軸方向，使該刀具的軌跡防過切。本發明通過對關鍵的過切種類 判定方式、刀具刀軸的調整方式等進行改進，能夠有效根據預先判定 的過切的具體位置，采用相應的調整手段防止五軸數控加工的刀具軌 跡發生過切。

本發明公開了一種用于評估數控加工三軸刀具軌跡質量的工藝 方法，其特征在于，包括：(a)獲取由 n 個離散點依序共同組成的三軸 刀具軌跡，記錄各個離散點在加工坐標系中的坐標值，將每個離散點 視為從坐標原點指向其所處位置的向量；(b)利用所獲得的向量矩陣計 算三軸刀具軌跡的整體平滑度，并將其作為加工零件時的表面質量評 估指；(c)計算上述三軸刀具軌跡所對應的理想加工時間，并將其作為 加工效率的評估指標；(d)完成對三軸刀具軌跡質量的整體評估過程。 通過本發明，表明能夠準確、高效和經濟地評測三軸刀具軌跡加

當前高速數控裝備的進給速度已達到40m/min以上、主軸速度達幾萬轉，同時我國的航天航空、車輛與船舶、新能源等行業對復雜型面的高速高精度數控加工提出了迫切的需求。近年來，國內在數控系統開發方面取得了很大的進步，但在復雜軌跡高速加工的控制技術方面與國外相比還有很大的距離。為滿足國內廠家對高端數控裝備的實際需求，西安交通大學開發出了系列的多軸聯動高性能數控系統 在高速高加速度下，插補周期從幾個毫秒逐漸縮短至零點幾個毫秒，速度預處理至少應達到每秒上千段，傳統基于PC的數控系統很難滿足高速、大批量數據計算的需求。本項目采用了嵌入式軟硬件平臺創新技術路線，開發出的嵌入式數控系統可實現8軸控制5聯動，在性能價格比方面達到國際同類產品水平的中檔數控系統系列產品，在國內處于領先水平。