罗 欢 张定华 罗 明

西北工业大学航空发动机高性能制造工业和信息化部重点实验室，西安，710072

0 引言

现代工业生产的主要目标是保证生产质量，提高生产效率，降低生产成本。刀具失效占据加工中心停机时间的20%[1]，极大地增加了加工成本。随着技术的发展，设备的维护从原来的基于时间的维护(time-based maintenance)转变为基于状态的维护(condition-based maintenance)[2]，刀具状态的监测和刀具剩余寿命预测得到越来越多的关注。航空制造领域产品附加值高，制造精度要求高，常用的钛合金、高温合金和复合材料等为难切削材料，切削力大、切削温度高、加工硬化倾向大[3-4]，刀具磨损速率快。与此同时，后刀面磨损宽度是影响最终残余应力分布的重要因素之一[5]，硬化层深度[6]、加工表面的塑形变形和微观组织也随刀具磨损的变化而变化[7]，已加工表面质量是影响服役性能的重要因素。为了保证加工质量和效率，刀具状态监测和剩余寿命预测的需求更为迫切。

切削状态监测是识别刀具磨损状态和采取合理必要的换刀策略的关键，是保证产品质量和加工效率的重要手段[8]。刀具磨损状态监测通过提醒操作者刀具状态，控制刀具磨损在使用范围内，最终保证已加工表面和亚表面的表面状态，避免零件不合格。而且，通过单步或多步刀具磨损状态的预测，提前调整加工策略可以延长刀具寿命[9]，刀具寿命预测的前瞻性可以充分发挥刀具的使用性能，避免浪费刀具。

目前，工业生产过程中刀具状态的监测多依靠工人的经验[10]，通过听声、停机查看等方式，虽然部分机床实时显示机床切削功率，但不同批次工件和不同切削参数导致功率阈值不同，机床功率值只能作为参考。……