CN106125667A - 数控加工在线监控系统及方法 - Google Patents

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王帅
赵晓宇
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/406—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by monitoring or safety

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Abstract

本发明提供了一种数控加工在线监控系统及方法，数控加工在线监控系统，包括传感器单元、数据采集卡、工艺曲线管理单元、决策单元和数控机床；传感器单元连接数控机床，传感器单元的输出端连接数据采集卡的输入端；数控机床连接数据采集卡，数据采集卡的输出端连接工艺曲线管理单元和决策单元；工艺曲线管理单元用于生成工艺边界曲线、其输出端连接决策单元的输入端；决策单元的输出端连接数控机床、对数控机床发送预设指令。本发明大幅提升了监控判断的准确性，降低了误判率。

Description

数控加工在线监控系统及方法
技术领域
本发明涉及数控加工技术领域，具体来说涉及一种数控加工在线监控系统、其具有自学习的功能；以及一种数控加工在线监控方法。
背景技术
随着技术的进步，数控加工技术正朝向精益化、高效化和智能化方向生产，对于数控加工过程中出现的问题，如：刀具磨损与破损、碰撞、断刀，主轴功率增大、主轴振动增大等，亟需数控机床能够自行诊断并处理，而传统情况下机床操作人员须频繁主动监视机床或靠经验判断加工过程中的问题，刀具寿命估计保守、效率低且误判率高、甚至有时未及时发现会导致灾难性的后果。因此须实时监控加工过程并及时响应异常状态，以免影响加工精度，甚至损坏机床。现有技术中，专利号CN 104750027A128661A提供了一种基于主轴功率信号的刀具破损预警方法，其通过在机床内设置功率传感器监控主轴实时功率实现刀具破损预警，该方法存在如下问题：该方法采用在刀具完好条件下的采集主轴功率曲线，以该曲线为阈值来对刀具破损进行预警，因为理论上并不存在两个刀具的加工曲线不可能完全重合。故以此曲线作为判断依据必然导致误报警率较高；其次，该曲线仅仅是一根单根的判断曲线，容错性非常小。这同样提升了实践中的误报警率。如何克服上述问题是本领域技术人员需要研究的方向。
发明内容
本发明的目的是提供一种数控加工在线监控系统，以克服现有技术中所存在的上述问题。
其采用的技术方案是：
一种数控加工在线监控系统，包括传感器单元、数据采集卡、工艺曲线管理单元、决策单元和数控机床；所述传感器单元连接数控机床、用于实时监控数控机床的主轴状态，所述传感器单元的输出端连接数据采集卡的输入端；所述数控机床连接数据采集卡、控制数据采集卡工作、所述数据采集卡用于依据所述传感器单元输入的数控机床主轴状态信号生成实时工艺曲线、其输出端连接工艺曲线管理单元和决策单元的输入端；所述工艺曲线管理单元用于设置功率边界曲线容差δ并根据该功率边界曲线容差δ确定下边界工艺曲线 和上边界工艺曲线、生成工艺边界曲线；所述工艺曲线管理单元的输出端连接决策单元的输入端；所述决策单元的输出端连接数控机床、用于实时对比数据采集卡输出的实时工艺曲线和工艺曲线管理单元输出的工艺边界曲线、并根据对比结果对数控机床发出相应指令。
通过采用这种技术方案：利用外部传感器实现机床主轴状态的实时监控，利用数据采集卡和工艺曲线管理单元对加工过程学习并生成相应的工艺边界曲线，该工艺边界曲线依托监控同样工序的主轴状态生成，由此避免了生成的传统技术中因预设主轴功率曲线造成的判断误差，并且因该工艺边界曲线是一个容差带并非单条判断曲线，因此能够大幅提升其判断准确性。
一种优选方案是：上述数控加工在线监控系统中，所述传感器单元包括功率传感器，所述功率传感器安装于数控机床的主轴伺服驱动器的输出端。
另一种优选方案是：上述数控加工在线监控系统中：所述传感器单元包括振动传感器，所述振动传感器安装于数控机床的主轴加工测轴承的轴壳处。其中，振动传感器可采用速度传感器、加速度传感器和位移传感器中的一种或数种。
另一种优选方案是：上述数控加工在线监控系统中：所述传感器单元包括声发射传感器，所述声发射传感器安装于数控机床的主轴加工测的中空结构上。
更优选的是，上述数控加工在线监控系统中：所述数控机床采用数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻床、数控雕铣机中的任一种。
进一步优选的是，上述数控加工在线监控系统中：所述工艺曲线管理单元、决策单元集成于平板电脑中，该平板电脑上设有显示面板。
利用上述数控加工在线监控系统，本发明还提供了一种数控加工在线监控方法。其技术方案如下：
一种数控加工在线监控方法，包括如下步骤：
S1：将传感器单元连接于数控机床上、以传感器单元实时监控数控机床的主轴状态；
S2：以数控机床控制数据采集单元开启，数据采集单元对传感器单元获取的数控机床主轴状态信号进行采集和滤波处理、生成实时工艺曲线、完成工艺曲线学习；
S3：以工艺曲线管理单元对S2所生成的工艺曲线进行选择、包络，设置工艺边界曲线容差δ并根据该工艺边界曲线容差δ确定下边界工艺曲线 和上边界工艺曲线、生成工艺边界曲线；
S4：选择工艺过程对应的工艺边界曲线，在决策单元中设置Δt时间内信号变化的容许值ΔP，设置主轴信号曲线超出工艺边界曲线和在Δt时间内P（t）-P（t-Δt）超出时对机床发出的控制指令；
S5：决策单元实时对比S2所生成的工艺曲线和S3所生成的工艺边界曲线、根据对比结果对数控机床发送S4预设的控制指令。
与现有技术相比，本发明所获取的工艺边界曲线是通过监控相同加工工序的数控机床的主轴状态生成的，并且它是一个容差带并非单条判断曲线，因此其判断准确性相比其他算法显著提高，误判率大幅降低。
附图说明
图1为本发明实施例1的结构示意图。
附图标记和具体部件名称对应关系如下：
1、传感器单元；2、数据采集卡；3、工艺曲线管理单元；4、决策单元；5、数控机床；6、显示面板。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步的描述。
如图1所示本发明的实施例1：
一种数控加工在线监控系统，包括传感器单元1、数据采集卡2、工艺曲线管理单元3、决策单元4和数控机床5。所述传感器单元1连接数控机床5、用于实时监控数控机床5的主轴状态，所述传感器单元1的输出端连接数据采集卡2的输入端；所述数控机床连接数据采集卡2、控制数据采集卡2工作、所述数据采集卡2用于依据所述传感器单元1输入的数控机床主轴状态信号生成实时工艺曲线、其输出端连接工艺曲线管理单元3和决策单元4的输入端；所述工艺曲线管理单元3用于设置功率边界曲线容差δ并根据该功率边界曲线容差δ确定下边界工艺曲线和上边界工艺曲线、生成工艺边界曲线；所述工艺曲线管理单元3的输出端连接决策单元的输入端；所述决策单元4的输出端连接数控机床5、用于实时对比数据采集卡2输出的实时工艺曲线和工艺曲线管理单元3输出的工艺边界曲线、并根据对比结果对数控机床发出相应指令。
本实施例所采用的数控机床5为数控外圆磨床，传感器单元1采用外置变频霍尔型功率传感器，该外置变频霍尔型功率传感器安装于数控机床5的主轴伺服驱动器的输出端。所述工艺曲线管理单元3、决策单元4集成于可触控windows平板电脑，该平板电脑上设有显示面板6。
实践中，其工作过程如下：
工作人员首先将传感器单元1连接于数控机床5上、通过传感器单元1实时监控数控机床5的主轴状态。
接着，以数控机床5控制数据采集单元2开启，数据采集单元2对传感器单元1获取的数控机床主轴状态信号进行采集和滤波处理、生成实时工艺曲线、完成工艺曲线学习。
接着，以工艺曲线管理单元3对所生成的工艺曲线进行选择、包络，设置工艺边界曲线容差δ并根据该工艺边界曲线容差δ确定下边界工艺曲线 和上边界工艺曲线、生成工艺边界曲线。
接着，选择工艺过程对应的工艺边界曲线，在决策单元4中设置Δt时间内功率信号变化的容许值ΔP，设置主轴信号曲线超出工艺边界曲线和超出时对数控机床（5）发出的指令类型：
当时，判定此时工件与砂轮发生碰撞，此时决策单元发送机床停止指令。
当时，判定此时砂轮磨损致主轴功率增大，此时决策单元发送砂轮修整指令。
当时，判定此时砂轮出现破损，此时决策单元发送更换砂轮指令。
最后，决策单元（4）实时对比S2所生成的工艺曲线和S3所生成的工艺边界曲线、根据对比结果对数控机床5发送根据S4预设的控制指令。若决策单元无指令输出，则数据采集卡（2）接收数控机床（5）的工序结束指令后，停止加工过程监控。
上述整个过程中，通过平板电脑上的显示装置6实时显示机床功率曲线.
以上所述，仅是本发明的实施例，本发明不受限于上述实施例的限制，凡依据本发明的技术实质对上述实施例所作的类似修改、变化与替换，仍属于本发明技术方案的范围内。本发明的保护范围仅由权利要求书界定。

Claims (8)

1.一种数控加工在线监控系统，其特征在于：包括传感器单元（1）、数据采集卡（2）、工艺曲线管理单元（3）、决策单元（4）和数控机床（5）；所述传感器单元（1）连接数控机床（5）、用于实时监控数控机床（5）的主轴状态，所述传感器单元（1）的输出端连接数据采集卡（2）的输入端；所述数控机床连接数据采集卡（2）、控制数据采集卡（2）工作、所述数据采集卡（2）用于依据所述传感器单元（1）输入的数控机床主轴状态信号生成实时工艺曲线、其输出端连接工艺曲线管理单元（3）和决策单元（4）的输入端；所述工艺曲线管理单元（3）用于设置功率边界曲线容差δ并根据该功率边界曲线容差δ确定下边界工艺曲线和上边界工艺曲线、生成工艺边界曲线；所述工艺曲线管理单元（3）的输出端连接决策单元的输入端；所述决策单元（4）的输出端连接数控机床（5）、用于实时对比数据采集卡（2）输出的实时工艺曲线和工艺曲线管理单元（3）输出的工艺边界曲线、并根据对比结果对数控机床发出相应指令。
2.如权利要求1所述一种数控加工在线监控系统，其特征在于：所述传感器单元（1）包括功率传感器，所述功率传感器安装于数控机床（5）的主轴伺服驱动器的输出端。
3.如权利要求1所述一种数控加工在线监控系统，其特征在于：所述传感器单元（1）包括振动传感器，所述振动传感器安装于数控机床（5）的主轴加工测轴承的轴壳处。
4.如权利要求1所述一种数控加工在线监控系统，其特征在于：所述传感器单元（1）包括声发射传感器，所述声发射传感器安装于数控机床（5）的主轴加工测的中空结构上。
5.如权利要求3所述一种数控加工在线监控系统，其特征在于：所述振动传感器包括速度传感器、加速度传感器和位移传感器。
6.如权利要求5所述一种数控加工在线监控系统，其特征在于：所述数控机床为数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻床、数控雕铣机中的任一种。
7.如权利要求1所述一种数控加工在线监控系统，其特征在于：所述工艺曲线管理单元（3）、决策单元（4）集成于平板电脑中，该平板电脑上还设有显示面板（6）。
8.一种数控加工在线监控方法，其特征在于包括如下步骤：
S1：将传感器单元（1）连接于数控机床（5）上、以传感器单元（1）实时监控数控机床（5）的主轴状态；
S2：以数控机床（5）控制数据采集单元（2）开启，数据采集单元（2）对传感器单元（1）获取的数控机床主轴状态信号进行采集和滤波处理、生成实时工艺曲线、完成工艺曲线学习；
S3：以工艺曲线管理单元（3）对S2所生成的工艺曲线进行选择、包络，设置工艺边界曲线容差δ并根据该工艺边界曲线容差δ确定下边界工艺曲线 和上边界工艺曲线、生成工艺边界曲线；
S4：选择工艺过程对应的工艺边界曲线，在决策单元（4）中设置Δt时间内信号变化的容许值ΔP，设置主轴信号曲线超出工艺边界曲线和在Δt时间内P（t）-P（t-Δt）超出时对机床发出的控制指令；
S5：决策单元（4）实时对比S2所生成的工艺曲线和S3所生成的工艺边界曲线、根据对比结果对数控机床（5）发送S4预设的控制指令。
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