CN102975119A - 一种数控外圆磨床运行及工艺状态监控与诊断系统 - Google Patents

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Abstract

一种数控外圆磨床运行及工艺状态监控与诊断系统，包括磨床运行及工艺状态监控装置和磨床运行及工艺状态诊断装置，磨床运行及工艺状态监控装置包括监控用传感器、数据采集平台和计算机，监控用传感器与数据采集平台连接，数据采集平台与计算机连接，磨床运行及工艺状态监控装置与磨床运行及工艺状态诊断装置连接；磨床运行及工艺状态诊断装置的功能是在计算机的基础上实现的，本发明根据对磨床加工过程中关键信号的测量与分析，并进行诊断，提高了机床制造企业对用户故障的快速响应能力，将该智能诊断模块同现有的精密机床的数控系统部分相集成，实现了机床在线故障的诊断。

Description

一种数控外圆磨床运行及工艺状态监控与诊断系统
技术领域
本发明涉及监控与诊断技术领域，特别涉及一种数控外圆磨床运行及工艺状态监控与诊断系统。
背景技术
数控机床智能装备其核心技术是在线检测技术以及智能监控诊断技术，具有对加工过程的监控和对工艺状态判断的能力。2006年日本MAZAK公司在IMTS展会上展出了世界首台智能机床，但是，从现阶段国内外智能机床发展状况来看，要达到成熟的“适应控制”机床水平，路程还很长，还需要进行许多深入的研究工作，特别是在机床加工工艺参数的自动收集、存储、调节和控制方面，都还需要深入研究。目前，我国机床制造厂商仅针对个别专用机床的特定状态进行监控，尚无成熟的针对机床运行及工艺状态的可靠性评估、智能化故障预测与诊断系统。
CN202147217U专利提出了一种检测磨床加工状态的监控系统，系统主要由数控系统、声纳传感器、声发射检测系统和PLC系统构成；CN102566501A发明专利提出了一种数控机床实时动态监控及故障诊断方法，可实现机床在线动态配置功能；CN102495592A发明专利提出了一种数控机床监控系统，可以实现对数控系统内部各种参数的实时读写控制。但是，以上专利只是对数控机床的运行状态进行监控与诊断，没有对数控机床的工艺状态进行检测与诊断，而机床工艺状态对机床的加工性能有着重要的影响，是评价机床运行稳定性与可靠性的重要指标。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种数控外圆磨床运行及工艺状态监控与诊断系统，能够实现对数控磨床四种主要运行状态的实时测量与诊断，并结合对数控磨床三种主要工艺状态的监控与诊断，实现对数控磨床整体性能检测与评估，有效提高机床的加工精度和可靠性。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种数控外圆磨床运行及工艺状态监控与诊断系统，包括磨床运行及工艺状态监控装置1和磨床运行及工艺状态诊断装置2，磨床运行及工艺状态监控装置1包括监控用传感器3、数据采集平台4和计算机5，监控用传感器3的信号输出与数据采集平台4的输入连接，数据采集平台4的输出与计算机5连接，计算机5和磨床运行及工艺状态诊断装置2的数据输入接口相连接；
所述的磨床运行及工艺诊断装置2在计算机5中建立诊断模型5-3，其中，诊断模型5-3包括磨床状态诊断模型5-3a，用来诊断磨床导轨运行精度及床身振动的频率与幅值；砂轮状态诊断模型5-3b，用来诊断砂轮在加工过程中的运行状态，运行状态包括砂轮磨损、砂轮破损以及砂轮堵塞；工艺状态诊断模型的操作误差诊断模型5-3c，用来诊断工件的装夹偏差；工艺状态诊断模型的产品质量诊断模型5-3d，用来诊断加工后产品的表面粗糙度及烧伤程度。
所述的监控用传感器3包括运行状态监控用传感器和工艺状态监控用传感器，其中，运行状态监控用传感器包括功率传感器3-1，用来测量磨床主轴的功率；位移传感器3-2，用来测量磨床导轨的位移量以及床身振动量；压力传感器3-3，用来测量装夹工件时两顶尖间顶紧力的大小，同时也用来测量润滑系统中润滑油的压力及油面位置；工艺状态监控用传感器包括圆度传感器3-4，用来测量磨床加工工件的圆度值；图像传感器3-5，用来测量磨床加工工件的表面粗糙度及烧伤程度。
所述的监控用传感器3采集机床的运行及工艺状态信号并在数据采集平台4上完成数据的融合，之后该融合信号输入到计算机5中完成数据处理5-1以及检测结果显示5-2的工作。
所述的磨床运行及工艺状态监控装置1完成信号的测量并输出到磨床运行及工艺状态诊断装置2，之后，在线测量的机床实时状态信号与已建立的诊断模型5-3进行比较，完成知识库搭建5-4，比较结果经状态诊断5-5模块分析、处理后，由诊断结果显示5-6模块完成磨床整机运行及工艺状态的诊断与显示。
本发明根据对磨床加工过程中关键信号的测量与分析，并进行诊断，提高了机床制造企业对用户故障的快速响应能力，将该智能诊断模块同现有的精密机床的数控系统部分相集成，实现了机床在线故障的诊断。本发明能够进一步提高机床的运行效率、精度，以及可靠性，可实现如下效果：
（1）避免由于操作误差所引起的生产错误；
（2）缩短砂轮空磨行程；
（3）提高砂轮优化以及工艺优化效率；
（4）降低由机床精度超差及最终产品尺寸超差而导致的废品率。
附图说明
附图为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步详细描述。
参见附图，一种数控外圆磨床运行及工艺状态监控与诊断系统，包括磨床运行及工艺状态监控装置1和磨床运行及工艺状态诊断装置2，磨床运行及工艺状态监控装置1包括监控用传感器3、数据采集平台4和计算机5，监控用传感器3的信号输出与数据采集平台4的输入连接，数据采集平台4的输出与计算机5连接，计算机5和磨床运行及工艺状态诊断装置2的数据输入接口相连接；
所述的磨床运行及工艺诊断装置2在计算机5中建立诊断模型5-3，其中，诊断模型5-3包括磨床状态诊断模型5-3a，用来诊断磨床导轨运行精度及床身振动的频率与幅值；砂轮状态诊断模型5-3b，用来诊断砂轮在加工过程中的运行状态，运行状态包括砂轮磨损、砂轮破损以及砂轮堵塞；工艺状态诊断模型的操作误差诊断模型5-3c，用来诊断工件的装夹偏差；工艺状态诊断模型的产品质量诊断模型5-3d，用来诊断加工后产品的表面粗糙度及烧伤程度。
所述的监控用传感器3包括运行状态监控用传感器和工艺状态监控用传感器，其中，运行状态监控用传感器包括功率传感器3-1，用来测量磨床主轴的功率；位移传感器3-2，用来测量磨床导轨的位移量以及床身振动量；压力传感器3-3，用来测量装夹工件时两顶尖间顶紧力的大小，同时也用来测量润滑系统中润滑油的压力及油面位置；工艺状态监控用传感器包括圆度传感器3-4，用来测量磨床加工工件的圆度值；图像传感器3-5，用来测量磨床加工工件的表面粗糙度及烧伤程度。
所述的监控用传感器3采集机床的运行及工艺状态信号并在数据采集平台4上完成数据的融合，之后该融合信号输入到计算机5中，计算机5完成数据处理5-1以及检测结果显示5-2的工作。
所述的磨床运行及工艺状态监控装置1完成信号的测量并输出到磨床运行及工艺状态诊断装置2，之后，在线测量的机床实时状态信号与已建立的诊断模型5-3进行比较，完成知识库搭建5-4，比较结果经状态诊断5-5模块分析、处理后，由诊断结果显示5-6模块完成磨床整机运行及工艺状态的诊断与显示。
本发明的工作原理为：数控磨床在运行过程中，磨床运行及工艺状态监控装置1通过安装在床身不同位置的监控用传感器3，进行机床运行及工艺状态的测量，本发明所用传感器有五种，且各传感器均可测量一种及一种以上的机床状态信号，功率传感器3-1，用来测量磨床主轴的功率；位移传感器3-2，用来测量磨床导轨的位移量以及床身振动量；压力传感器3-3，用来测量装夹工件时两顶尖间顶紧力的大小，同时也用来测量润滑系统中润滑油的压力及油面位置；圆度传感器3-4，用来测量磨床加工工件的圆度值；图像传感器3-5，用来测量磨床加工工件的表面粗糙度及烧伤程度，所测状态在数据采集平台4中进行数据融合，融合后输出到计算机5中进行数据处理5-1以及检测结果的显示5-2。磨床运行及工艺状态诊断装置2以磨床运行及工艺状态监控装置1的测量结果作为输入，并以计算机5为基础，根据对机床运行性能影响较大的主要故障设计并开发诊断模型5-3，其中，磨床状态诊断模型5-3a，用来诊断磨床导轨运行精度及床身振动的频率与幅值；砂轮状态诊断模型5-3b，用来诊断砂轮在加工过程中的运行状态，包括砂轮磨损、砂轮破损以及砂轮堵塞；操作误差诊断模型5-3c，用来诊断工件的装夹偏差；产品质量诊断模型5-3d，用来诊断加工后产品的表面粗糙度及烧伤程度，测量信号与已建立的诊断模型5-3进行比较，完成知识库搭建5-4，比较结果经状态诊断5-5模块分析、处理后，由诊断结果显示5-6模块完成磨床整机运行及工艺状态的诊断与显示。

Claims (4)

1.一种数控外圆磨床运行及工艺状态监控与诊断系统，其特征在于：包括磨床运行及工艺状态监控装置（1）和磨床运行及工艺状态诊断装置（2），磨床运行及工艺状态监控装置（1）包括监控用传感器（3）、数据采集平台（4）和计算机（5），监控用传感器（3）的信号输出与数据采集平台（4）的输入连接，数据采集平台（4）的输出与计算机（5）连接，计算机（5）和磨床运行及工艺状态诊断装置（2）的数据输入接口相连接；
所述的磨床运行及工艺诊断装置（2）在计算机（5）中建立诊断模型（5-3），其中，诊断模型（5-3）包括磨床状态诊断模型（5-3a），用来诊断磨床导轨运行精度及床身振动的频率与幅值；砂轮状态诊断模型（5-3b），用来诊断砂轮在加工过程中的运行状态，运行状态包括砂轮磨损、砂轮破损以及砂轮堵塞；工艺状态诊断模型的操作误差诊断模型（5-3c），用来诊断工件的装夹偏差；工艺状态诊断模型的产品质量诊断模型（5-3d），用来诊断加工后产品的表面粗糙度及烧伤程度。
2.根据权利要求1所述的一种数控外圆磨床运行及工艺状态监控与诊断系统，其特征在于：所述的监控用传感器（3）包括运行状态监控用传感器和工艺状态监控用传感器，其中，运行状态监控用传感器包括功率传感器（3-1），用来测量磨床主轴的功率；位移传感器（3-2），用来测量磨床导轨的位移量以及床身振动量；压力传感器（3-3），用来测量装夹工件时两顶尖间顶紧力的大小，同时也用来测量润滑系统中润滑油的压力及油面位置；工艺状态监控用传感器包括圆度传感器（3-4），用来测量磨床加工工件的圆度值；图像传感器（3-5），用来测量磨床加工工件的表面粗糙度及烧伤程度。
3.根据权利要求1或2所述的一种数控外圆磨床运行及工艺状态监控与诊断系统，其特征在于：所述的监控用传感器（3）采集机床的运行及工艺状态信号并在数据采集平台（4）上完成数据的融合，之后该融合信号输入到计算机（5）中完成数据处理（5-1）以及检测结果显示（5-2）的工作。
4.根据权利要求1所述的一种数控外圆磨床运行及工艺状态监控与诊断系统，其特征在于：所述的磨床运行及工艺状态监控装置（1）完成信号的测量并输出到磨床运行及工艺状态诊断装置（2），之后，在线测量的机床实时状态信号与已建立的诊断模型（5-3）进行比较，完成知识库搭建（5-4），比较结果经状态诊断（5-5）模块分析、处理后，由诊断结果显示（5-6）模块完成磨床整机运行及工艺状态的诊断与显示。
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