CN105549533A - 数控机床温度场在线监测及智能预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数控机床温度场在线监测及智能预警系统，外部信息采集模块实时采集数控机床关键测温点温度、环境温度以及机床运行参数，采集到的信息经通讯模块输入到热特性参数修正模块；热特性参数修正模块接收外部信息采集模块的数据并通过修正函数实时修正机床热特性参数，修正后的机床热特性参数输出至APDL模块，APDL模块进行数控机床温度场的实时计算，并将计算结果输出至阈值判定模块、显示模块及数据存储模块，阈值判定模块集成包络函数及库函数，接收APDL模块的计算数据并对该数据进行阈值判定，根据判定结果做出机床可靠性预警。不仅可以用来预报数控机床在各种切削条件下的动态温度场，而且还可以用来实现机床可靠性的智能监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种监控技术，特别涉及一种数控机床温度场在线监测及智能预警系统。
背景技术
高端精密数控机床不但是工业现代化技术基础，而且还是高技术产业发展的支撑工具，其应用现代计算机技术、自动控制、精密检测、信息技术和先进制造技术最新成果，组成了具有高科技含量的高档“工作母机”。近年来，我国军工、航天、船舶以及汽车行业对中高端数控机床的需求不断增加，除了数量以外，对数控机床的工作可靠性和精度要求也越来越高。然而，由于数控机床在内外热源综合影响下存在非定常温度场，对机床精度而言，在有限空间内的温度梯度变化影响最大，因此监测并控制机床温度的均衡是实现精密加工的目标之一。
由于数控机床存在热力耦合问题，导致机床内热源生热量及接触热阻等关键热特性参数为非定值，进而导致机床温度场有限元计算结果不准确。现有技术中，魏东等发明了一种基于电磁超声的温度场非接触式探测系统（中国专利号CN204359454U），该系统可以快速准确地获得物体表面温度和内部非均匀温度场。付秀丽等发明了一种非接触式瞬态焊接温度场测量方法（中国专利号CN104614075A），利用数值模拟方法消除弧光等对焊接温度场测量的影响，可较准确的预测并模拟瞬态焊接温度场。徐娟等发明了一种高铁轴承稳态温度场的有限元计算方法（中国专利号CN1308741A），该方法根据高铁轴承的工况以及轴承系统参数，利用轴承摩擦力矩计算轴承发热量，通过有限元模型实现高铁轴承稳态温度场的有限元计算。细居智树等发明了一种温度分布检测装置及方法（中国专利号CN103542958A），对热电堆阵列传感器间的检测误差进行抑制，对空间的温度分布进行高精度地检测。高卫国等发明了一种精密机床温度场主动控制系统及方法（中国专利号CNCN103235613），能够主动控制机床热敏感部位的温度的变化，实现综合误差控制，提高加工精度。
上述技术主要采用直接测量或有限元模拟方法进行温度场的监测，这些温度场监测方法无法实现数控机床整机温度场的在线监测，且未考虑热特性参数的动态特性以及机床可靠性预警，为实现数控机床温度场的在线监测及智能预警，需要开发一种专门用于数控机床的温度场监测及预警系统。
发明内容
本发明是针对数控机床温度场监测存在的问题，提出了一种数控机床温度场在线监测及智能预警系统，不仅可以用来预报数控机床在各种切削条件下的动态温度场，而且还可以用来实现机床可靠性的智能监控。
本发明的技术方案为：一种数控机床温度场在线监测及智能预警系统，包括外部信息采集模块、热特性参数修正模块、ANSYS参数化设计语言模块、阈值判定模块、显示模块、通讯模块、数据存储模块，外部信息采集模块实时采集数控机床关键测温点温度、环境温度以及机床运行参数，采集到的信息经通讯模块输入到热特性参数修正模块；热特性参数修正模块接收外部信息采集模块的数据并通过修正函数实时修正机床热特性参数，修正后的机床热特性参数输出至ANSYS参数化设计语言模块，ANSYS参数化设计语言模块进行数控机床温度场的实时计算，并将计算结果输出至阈值判定模块、显示模块及数据存储模块，阈值判定模块集成包络函数及库函数，接收ANSYS参数化设计语言模块的计算数据并对该数据进行阈值判定，根据判定结果做出机床可靠性预警。
所述热特性参数修正模块集成机床内热源生热量修正函数、机床结合面接触热阻修正函数以及机床表面传热系数修正函数，接收外部信息采集模块的数据信息并根据该数据对该机床热特性参数进行修正处理。
所述显示模块接收ANSYS参数化设计语言模块的机床温度场数据，并将机床温度场云图动态显示在LED显示屏。
所述数据存储模块集成ACCESS数据库，接收ANSYS参数化设计语言模块的机床温度场数据，并将数据存储于ACCESS数据库，实现数控机床温度场的动态分析及跟踪。
本发明的有益效果在于：本发明数控机床温度场在线监测及智能预警系统，不仅可以实现数控机床温度场的在线预报，温度场在线监测精度达90%以上，而且可以实现数控机床可靠性的智能判断及预警，尤其是对数控机床主轴轴承的可靠性判断及预警，保证数控机床的可靠性，有助于数控机床动态特性的智能监控。并且系统操作简便，集成了机床热特性参数实时动态修正功能、机床温升状态智能预警功能、离线监测功能及截面视图功能，同时该系统可自动适应不同切削条件及各种数控机床，使用方便，适用于各种数控机床的温度场在线监测及机床温升状态预警。
附图说明
图1为本发明数控机床温度场在线监测及智能预警系统结构框图。
具体实施方式
如图1所示数控机床温度场在线监测及智能预警系统结构框图，系统由七部分组成：外部信息采集模块、热特性参数修正模块、APDL模块（ANSYS参数化设计语言模块）、阈值判定模块、显示模块、通讯模块、数据存储模块。
外部信息采集模块包括温度传感器、采集卡，通过温度传感器实时采集机床关键测温点温度及外部环境温度，通过采集卡采集数控机床运行参数，该模块采集的数据信息通过通讯模块送往热特性参数修正模块。
热特性参数修正模块集成机床内热源生热量修正函数、机床结合面接触热阻修正函数以及机床表面传热系数修正函数，接收外部信息采集模块的数据信息并根据该数据对该机床热特性参数进行修正处理，修正后的数据通过内部通讯通道送往APDL模块。
APDL模块集成机床有限元模型、机床结合面特性及APDL命令流，将热特性参数修正模块修正后的机床热特性参数施加到有限元模型及机床结合面，应用APDL命令流实时计算机床温度场，并将计算结果输出至阈值判定模块、显示模块及数据存储模块。
阈值判定模块集成包络函数，包络函数根据APDL模块计算的机床温度场数据实时判定机床温升状态并做出预警，特别是对机床主轴轴承等高速旋转部件的可靠性做出预警。
显示模块接收APDL模块的机床温度场数据，并将机床温度场云图动态显示在LED显示屏。
数据存储模块集成ACCESS数据库，接收APDL模块的机床温度场数据，并将数据存储于ACCESS数据库，实现数控机床温度场的动态分析及跟踪。
通讯模块负责实现计算机与外部信息采集模块的实时通讯，以获取机床运行参数及关键测温点温度信息，并将采集到的外部信息实时输出至机床热特性参数修正模块。
本发明所述的数控机床温度场在线监测及智能预警系统界面包括：参数设置及运行控制、温度场云图显示、关键测温点温度曲线、监测精度及运行状态监控五部分。其中参数设置及运行控制包括机床材料特性设置、轴承特性设置、运行参数设置、过程回放、开始、暂停、停止、监测周期、外观设置、显示模式等功能；温度场云图显示包括整体温度场和截面视图两部分。
Claims (4)
1.一种数控机床温度场在线监测及智能预警系统，其特征在于，包括外部信息采集模块、热特性参数修正模块、ANSYS参数化设计语言模块、阈值判定模块、显示模块、通讯模块、数据存储模块，外部信息采集模块实时采集数控机床关键测温点温度、环境温度以及机床运行参数，采集到的信息经通讯模块输入到热特性参数修正模块；热特性参数修正模块接收外部信息采集模块的数据并通过修正函数实时修正机床热特性参数，修正后的机床热特性参数输出至ANSYS参数化设计语言模块，ANSYS参数化设计语言模块进行数控机床温度场的实时计算，并将计算结果输出至阈值判定模块、显示模块及数据存储模块，阈值判定模块集成包络函数及库函数，接收ANSYS参数化设计语言模块的计算数据并对该数据进行阈值判定，根据判定结果做出机床可靠性预警。
2.根据权利要求1所述数控机床温度场在线监测及智能预警系统，其特征在于，所述热特性参数修正模块集成机床内热源生热量修正函数、机床结合面接触热阻修正函数以及机床表面传热系数修正函数，接收外部信息采集模块的数据信息并根据该数据对该机床热特性参数进行修正处理。
3.根据权利要求1所述数控机床温度场在线监测及智能预警系统，其特征在于，所述显示模块接收ANSYS参数化设计语言模块的机床温度场数据，并将机床温度场云图动态显示在LED显示屏。
4.根据权利要求1所述数控机床温度场在线监测及智能预警系统，其特征在于，所述数据存储模块集成ACCESS数据库，接收ANSYS参数化设计语言模块的机床温度场数据，并将数据存储于ACCESS数据库，实现数控机床温度场的动态分析及跟踪。
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