CN109129016A - 一种数控机床的断刀检测方法和检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控机床的断刀检测方法和检测系统。断刀检测方法包括断刀检测电路和控制电路，断刀检测电路包括第一微控制器和断刀信号采集电路，安装在机床工作台上的工件与机床工作台绝缘，工件通过刀具与机床工作台电连接，工件和机床工作台串接在断刀信号采集电路的回路中；数控机床运行时，断刀信号采集电路实时采集机床工作台的电压，当采集的电压出现异常时，断刀检测电路的第一微控制器通知控制电路采取相应措施。本发明数控机床的断刀检测方法可以采用结构简单的断刀信号采集电路，且断刀检测的准确性高。

Description

一种数控机床的断刀检测方法和检测系统

[技术领域]

本发明涉及数控机床的断刀检测，尤其涉及一种数控机床的断刀检测方法和检测系统。

[背景技术]

直径较小的刀具在高精度的加工中心上工作时经常发生意外断裂的故障。由于刀具断裂没有预兆，刀具断裂后加工中心还按照预先编辑好的刀路在继续运转，这不但浪费时间，而且如果不良工件流向下游工序，会给产品的装配带来较大的问题。

专利号为CN200820187132.X的实用新型公开了一种PCB钻孔机断刀检测装置。包括单片机、信号接口模块以及由主轴外壳、气隙电容、主轴转子、刀具和被加工PCB板上的导体互联构成的外围信号传输回路。外围信号传输回路上连接有高频变压器，与单片机、信号接口模块互联组成断刀检测回路。检测时，由单片机输出周期性窄脉冲信号驱动高频变压器的初级，根据单片机输入管脚的波形变化判断是否断刀，若检测到断刀现象，则输出相应的信号给数控机床控制系统。

申请号为CN201320146691.7的实用新型公开了一种钻头断刀检测装置，包括高频信号发生器、信号放大电路、光电耦合器、电压比较模块、机床刀具装置，所述的高频信号发生器、信号放大电路、光电耦合器通过导线依次连接，所述机床刀具装置与所述光电耦合器导线连接；所述电压比较模块的一端通过一电平电路连接所述光电耦合器，所述电压比较模块的另一端接出一输出端和一接地端；所述的高频信号发射器发射出高频信号后，经所述的信号放大电路将高频信号发生器产生的高频信号放大，再由所述的光电耦合器接收经放大后的信号，最终该高频信号经过光电耦合器的二极管侧接到机床刀具装置上。

以上实用新型的断刀检测装置的采样电路结构复杂，断刀检测准确性较低。另外，以上实用新型的断刀检测装置用于钻头断刀检测，钻头工作时，与工件是连续接触的，而数控机床立铣刀横向走刀时，可能出现刀具与工件不接触的状态，断刀检测难度更大。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题是提供一种断刀信号采集电路结构简单、且断刀检测准确性高的数控机床的断刀检测方法。

本发明另一个要解决的技术问题是提供一种实现上述断刀检测方法的检测系统。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种数控机床的断刀检测方法，包括断刀检测电路和控制电路，断刀检测电路包括第一微控制器和断刀信号采集电路，安装在机床工作台上的工件与机床工作台绝缘，工件通过刀具与机床工作台电连接，工件和机床工作台串接在断刀信号采集电路的回路中；数控机床运行时，断刀信号采集电路实时采集机床工作台的电压，当采集的电压出现异常时，断刀检测电路的第一微控制器通知控制电路采取相应措施。

以上所述的数控机床的断刀检测方法，断刀信号采集电路按设定的时间周期连续采集机床工作台的电压，第一微控制器将采集的电压形成的电压数据后与存储的电压数据样板中对应时间点的电压数据进行比较，当连续存在差异的点数超过设定的点数时，判定为采集的电压出现异常。

以上所述的数控机床的断刀检测方法，电压数据样板的形成包括以下步骤：数控机床在每一次改换不同的加工工件后，在设定的该加工工件的刀路的时间段内，按设定的时间周期连续采集机床工作台的电压，每个时间周期形成一个电压数据；在设定的时间周期中，按设定的频率和采样点数进行采样，当高电平的采样点数大于设定的高电平点数时，该时间周期的电压数据为高电平，反之为低电平，所有的电压数据按时间轴组合形成电压数据样板存储到断刀检测电路中；数控机床工作时，在设定的刀路的时间段内，按电压数据样板的形成时的时间周期连续采集机床工作台的电压，每个时间周期形成一个电压数据；在所述的时间周期中，按电压数据样板的形成时的频率和采样点数进行采样，当高电平采样点数大于电压数据样板的形成时设定的高电平点数时，该时间周期的电压数据为高电平，反之为低电平。

以上所述的数控机床的断刀检测方法，在设定的时间周期中，按设定的频率和采样点数进行采样的总时间小于该时间周期。

一种实现上述断刀检测方法的检测系统，包括断刀检测电路和控制电路，包括检测台，检测台包括用于安装工件的顶面和用于固定在机床工作台上的底面，检测台的顶部与底部绝缘；检测台的中部包括腔体，断刀检测电路安装在所述的腔体中；断刀检测电路包括直流电源、第一微控制器和断刀信号采集电路；断刀信号采集电路包括第一电阻、工件接线端、机床工作台接线端和采样信号输出端；直流电源的正极接工件接线端，直流电源的负极通过第一电阻接机床工作台接线端和采样信号通信端，采样信号输出端接第一微控制器的采样信号输入端；第一微控制器的信号通信端与控制电路通信连接；工件接线端与检测台的顶部电连接，或穿过检测台与工件连接；机床接线端与检测台的底部电连接，或穿过检测台与机床工作台电连接。

以上所述的数控机床的断刀检测系统，断刀检测电路包括第一无线发射模块；第一无线发射模块接第一微控制器的信号通信端；控制电路包括直流电源、第二微控制器、人机交互电路、报警电路和第二无线发射模块，人机交互电路、报警电路和第二无线发射模块分别接第二微控制器；断刀检测电路的第一无线发射模块与控制电路的第二无线发射模块通信连接。

以上所述的数控机床的断刀检测系统，检测台包括金属材料的顶板和绝缘材料的底板，顶板与底板通过复数个螺钉连接固定；所述断刀检测电路的主体部分封装在信号采集处理模块中，信号采集处理模块布置在所述的腔体中，所述的腔体布置在顶板与底板之间。

以上所述的数控机床的断刀检测系统，检测台包括4块挡板、防水电源开关和防水充电接头；断刀检测电路包括充电端和启动端，充电端与防水充电接头连接，启动端与防水电源开关连接；顶板的底面包括左右通透的凹槽，底板的前后宽度与凹槽前后的宽度相同，底板的顶部嵌入到顶板底面的凹槽中；4块挡板的上部通过螺钉固定在顶板的四周，4块挡板的下部围在底板的外侧。

以上所述的数控机床的断刀检测系统，底板的顶部包括作为所述腔体一部分的腔体凹槽和导线引出槽，底板的导线引出槽与底板的腔体凹槽连通；工件接线端、机床接线端、充电端和启动端分别通过引线与信号采集处理模块连接,充电端的引线和启动端的引线通过底板的导线引出槽向外引出；工件接线端和机床接线端分别包括导电弹簧针，底板包括两个导电弹簧针的承孔，第一承孔竖直地布置在底板腔体凹槽的下方，上端与底板的腔体凹槽连通，机床接线端的导电弹簧针固定在第一承孔中，机床接线端导电弹簧针的针头露出底板的底面；第二承孔竖直地布置在底板腔体凹槽的一侧，上端通过侧向的沟槽与底板腔体凹槽连通，工件接线端的导电弹簧针固定在第二承孔中，工件接线端导电弹簧针的针头露出底板的顶面，与顶板接触。

以上所述的数控机床的断刀检测系统，检测台包括第一密封胶圈，底板的顶面包括环形凹槽，底板的环形凹槽布置在底板腔体凹槽的外周，第一密封胶圈布置在底板的环形凹槽中；第二承孔位于底板环形凹槽的内周，底板的导线引出槽中填充有密封胶；导电弹簧针的针管与承孔通过密封胶粘接；靠近底板导线引出槽一侧的挡板包括两个安装孔，防水电源开关和防水充电接头分别固定在安装孔中，底板靠近安装孔的位置包括避让槽，底板的避让槽与底板的导线引出槽连通，充电端的引线通过底板的避让槽与防水充电接头连接，启动端的引线通过底板的避让槽与防水电源开关连接。

本发明数控机床的断刀检测方法可以采用结构简单的断刀信号采集电路，且断刀检测的准确性高。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明实施例数控机床的立体图。

图2是图1中Ⅰ部位的局部放大图。

图3是本发明实施例1断刀检测台的立体图。

图4是本发明实施例1断刀检测台另一视角的立体图。

图5是本发明实施例1断刀检测台的分解图。

图6是本发明实施例1断刀检测台的主视图。

图7是本发明实施例1断刀检测台的左视图。

图8是本发明实施例1断刀检测台的俯视图。

图9是图8中的A向剖视图。

图10是图8中的B向剖视图。

图11是本发明实施例2断刀检测台的分解图。

图12是本发明实施例2顶板的立体图。

图13是本发明实施例2底板的立体图。

图14是本发明实施例3断刀检测台的立体图。

图15是本发明实施例3断刀检测台的分解图。

图16是本发明实施例3断刀检测台的俯视图。

图17是图16中的C向剖视图。

图18是本发明实施例4断刀检测电路的原理框图。

图19是本发明实施例4控制电路的原理框图。

图20是本发明实施例4断刀信号采集电路的电路图。

图21是本发明实施例5断刀检测台的分解图。

图22是本发明实施例5断刀检测台的俯视图。

图23是图22中的D向剖视图。

图24是本发明实施例6断刀检测台的分解图。

图25是本发明实施例6断刀检测台的俯视图。

图26是图25中的E向剖视图。

图27是本发明检测方法实施例断刀检测的流程图。

[具体实施方式]

本发明实施例断刀检测台在数控机床上的安装方式如图1和图2所示。数控机床200包括机床工作台200A、主轴200B、安装在主轴200B下端的立铣刀200C和便携式控制器400D。断刀检测台100安装在数控机床工作台200A的台面上，工件300安装在断刀检测台100的上的夹具400中。

本发明实施例的断刀检测台100包括断刀检测电路、检测台本体100A和安装在断刀检测台本体100A上、作为工件夹具400的4个旋压气缸400A。检测台本体100A的顶面用于安装工件，底面置于机床工作台200A的台面上。检测台本体100A的顶部与底部绝缘。检测台本体100A的中部有一个安装断刀检测电路的腔体M。

断刀检测电路的结构如图18所示，包括电池、微控制器(MCU)、断刀信号采集电路和无线收发电路；断刀信号采集电路的输出端接微控制器的采样信号输入端，无线收发电路接微控制器的信号通信端，微控制器通过无线通信模块与安装在便携式控制器400D的控制电路无线通信连接。断刀信号采集电路有一个工件接线端和一个机床接线端。工件接线端与检测台本体100A的顶部电连接。机床接线端与检测台本体100A的底部电连接，或穿过检测台本体100A与机床工作台电连接。

电池为充电电池，断刀检测电路还包括电池充电电路、充电端和启动端、启动端接微控制器，充电端接充电电路。

本发明实施例1断刀检测台的结构如图3至图10所示，检测台本体100A包括金属材料制作的顶板1、大理石材料制作的底板2、4块挡板3、防水电源开关4和防水充电接头5。顶板1与底板2通过多个螺钉11连接固定。断刀检测电路的主体部分(包括电池、MCU、无线收发电路和断刀信号采集电路，但不包括充电端、启动端、工件接线端和机床接线端)封装在信号采集处理模块10中，信号采集处理模块10布置在腔体M中，腔体M布置在顶板1与底板2之间，由上腔体和下腔体组成。信号采集处理模块10为金属外壳，固定在顶板1上，与底板2保持一定间隙，既防止因下腔体流入冷却液，冷却液排出不及时而被浸泡，又有利于散热。

顶板1的底部有一个作为上腔体的凹槽101，底板2的顶部有一个作为下腔体的凹槽201和导线引出槽202，底板2的导线引出槽202与凹槽201连通。顶板1底部凹槽101的内侧有两道的工艺槽，工艺槽位于凹槽101的内壁且左右通透，工艺槽减少精加工面积，降低加工难度。底板腔体凹槽201的底部有一个排水孔，排水孔竖直地布置在底板腔体凹槽201的下方。上腔体的凹槽101与下腔体的凹槽201组合构成腔体M。断刀检测电路的工件接线端、机床接线端、充电端和启动端分别通过引线12与信号采集处理模块10连接,充电端的引线和启动端的引线通过底板2的导线引出槽202向外引出。

工件接线端和机床接线端分别接一个导电弹簧针6，底板2上有两个安装导电弹簧针6的承孔，承孔203竖直地布置在底板2凹槽201的下方，承孔203的上端与底板2的凹槽201连通，机床接线端连接的导电弹簧针6A固定在承孔203中，机床接线端导电弹簧针6A的针头向下露出底板2的底面，与机床工作台200A的台面接触，实现电连接。

承孔204竖直地布置在底板2凹槽201的一侧，上端通过侧向的沟槽206与凹槽201连通，侧向的沟槽206用于通过工件接线端的引线。工件接线端的导电弹簧针6固定在承孔204中，工件接线端导电弹簧针6B的针头向上露出底板2的顶面，与顶板1接触，实现工件接线端最终与工件300的电连接。

底板2的顶面有一圈环形凹槽205，底板2的环形凹槽205布置在凹槽201的外周，密封胶圈13布置在底板2的环形凹槽205中。承孔204位于底板2环形凹槽205的内周，底板2的导线引出槽202中填充有密封胶。两个导电弹簧针6的针管与承孔203、204通过密封胶粘接，可以良好地实现腔体M的密封，保护信号采集处理模块10不受机床冷却液的侵蚀或绝缘破坏。

顶板1的底面有一条左右通透的凹槽109，底板2的前后宽度与凹槽109前后的宽度相同，底板2的顶部嵌入到顶板1底面的凹槽中。4块挡板3的上部通过螺钉固定在顶板1的四周，4块挡板3的下部围在底板2的外侧，既防止冷却介质进入到密封腔，又避免外力冲击到底板2上。前后挡板3A的下部的内侧与底板2之间存在间隙，便于断刀检测台100安装孔208中的机床冷却液从孔209流出。

靠近底板导线引出槽202一侧的挡板3B有两个安装孔301和302，防水电源开关4和防水充电接头5分别固定在安装孔301和安装孔302中，底板2靠近安装孔301和安装孔302的位置有一个防水电源开关4和防水充电接头5的避让槽207。断刀检测电路的充电端的引线通过底板2的避让槽与防水充电接头5连接，启动端的引线通过底板2的避让槽与防水电源开关4连接。底板2的避让槽207与底板2的导线引出槽202连通，便于走线。

本发明实施例2断刀检测台的结构如图11至图13所示，实施例2与实施例的原理相同，结构上略有区别。

在实施例2中，顶板1的底部有作为腔体M上部的凹槽101，底板2的顶部有作为腔体M下部的凹槽201。顶板1的底部有导线引出槽102，顶板1的导线引出槽102与顶板1的凹槽101连通。工件接线端、机床接线端、充电端和启动端分别通过引线与信号采集处理模块10连接,充电端的引线和启动端的引线通过顶板1的导线引出槽102向外引出。工件接线端和机床接线端分别包括导电弹簧针6，底板2同样包括两个导电弹簧针6的承孔，承孔203竖直地布置在凹槽201的下方，上端与凹槽201连通，机床接线端的导电弹簧针6A固定在承孔203中，机床接线端导电弹簧针6A的针头向上露出底板2的底面，与机床工作台200A的台面接触，实现电连接。承孔204竖直地布置在凹槽201的一侧，工件接线端的导电弹簧针6B固定在承孔204中，工件接线端导电弹簧针6B的针头向下露出底板2的顶面，与顶板1接触，实现工件接线端最终与工件300电连接。

顶板1的底面有一圈环形凹槽105，顶板1的环形凹槽105布置在凹槽101的外周，密封胶圈13布置在顶板1的环形凹槽105中。底板的承孔204位于顶板环形凹槽105的内周，顶板1的导线引出槽102中填充有密封胶。导电弹簧针6的针管与承孔203、204通过密封胶粘接。靠近顶板1导线引出槽102一侧的挡板3B有两个安装孔301和302，防水电源开关4和防水充电接头5分别固定在安装孔301和安装孔302中。顶板1靠近安装孔的位置包括避让槽107，顶板1的避让槽107与导线引出槽102连通，断刀检测电路充电端的引线通过顶板1的避让槽107与防水充电接头5连接，启动端的引线通过避让槽107与防水电源开关4连接。

本发明实施例3断刀检测台的结构如图14至图17所示，检测台本体100A包括金属顶板1、金属底板2和大理石材料的中间板7，中间板7布置在金属顶板1与金属底板2之间，将两者绝缘。中间板7与金属底板2通过多个连接螺钉14连接固定，中间板7与金属顶板1通过多个连接螺钉15连接固定。实施例3金属顶板1的结构与实施例2顶板1的结构基本相同，底部有一个作为腔体M的凹槽101和与凹槽101连通的导线引出槽102，断刀检测电路的主体部分封装在信号采集处理模块10中，信号采集处理模块10布置在金属顶板1的凹槽101中。断刀检测电路的工件接线端、机床接线端、充电端和启动端分别通过引线与信号采集处理模块10连接,充电端的引线和启动端的引线通过金属顶板1的导线引出槽102向外引出。工件接线端12A通过位于凹槽101中的螺钉16固定在金属顶板1上，与金属顶板1电连接，再通过金属顶板1最终与工件300电连接。机床接线端12B固定在位于凹槽101中的连接螺钉14上，与金属底板2电连接，再通过金属底板2与机床工作台200A的台面实现电连接。

金属顶板1的底面有一圈环形凹槽105，环形凹槽105布置在金属顶板凹槽101的外周，密封胶圈13布置在金属环形凹槽105中。金属顶板的导线引出槽202中填充有密封胶。断刀检测电路的充电端与防水充电接头5连接，启动端与防水电源开关4连接。4块挡板3的上部通过螺钉固定在顶板1的四周，4块挡板3的下部围在底板2的外侧。靠近金属顶板1导线引出槽202一侧的挡板3B有两个安装孔301和302，防水电源开关4和防水充电接头5分别固定在安装孔301和302中，金属顶板1靠近安装孔的位置包括避让槽107，金属顶板1的避让槽107与金属顶板1的导线引出槽202连通，充电端的引线通过金属顶板1的避让槽107与防水充电接头5连接，启动端的引线通过金属顶板1的避让槽107与防水电源开关4连接。

本发明实施例4数控机床的断刀检测系统如图18至图20所示，包括至少一个断刀检测电路和控制电路。控制电路为图1所示的便携式控制器400D，便携式控制器400D可以与多台机床的断刀检测电路通信连接，控制多台机床的断刀检测电路。

断刀检测电路如图18和图20所示，包括可充电电池、微控制器、无线发射模块、电池充电电路和断刀信号采集电路。无线发射模块接微控制器的信号通信端。

断刀信号采集电路包括电阻R1、电阻R2、LED指示灯D1、工件接线端、机床工作台接线端和采样信号输出端。可充电电池B的正极接工件接线端，电阻R2和LED指示灯串接在可充电电池B的正极与工件接线端之间；可充电电池B的负极通过电阻R1接机床工作台接线端和采样信号输出端，采样信号输出端接微控制器的采样信号输入端；微控制器的信号通信端通过无线发射模块实现与控制电路通信连接。

断刀检测电路还包括存储芯片、缓存芯片和电池电量检测模块，断刀检测电路的存储芯片、缓存芯片、电池电量检测模块和电量指示灯分别接微控制器。缓存芯片用来暂时储存采集到的数据；储存芯片用来保存采样形成的电压数据样板。

控制电路包括可充电电池、微控制器、无线发射模块、电池充电电路、人机交互电路和报警电路。控制电路的人机交互电路、报警电路和无线发射模块分别接控制电路的微控制器。断刀检测电路的无线发射模块与控制电路的无线发射模块通信连接。报警电路包括蜂鸣器和报警灯。

控制电路包括电池电量检测模块和LED灯，控制电路的电池电量检测模块和LED分别接控制电路的微控制器。LED灯用于标识控制电路的工作状态，主控制器正常工作时，LED灯长亮；主控制器中的无线发射模块接收信息时，LED灯闪烁；主控制器故障时LED灯不亮；电量检测模块用于检测电池中的剩余电量，在触摸屏中显示出来。

人机交互电路包括触摸屏和多个按键，触摸屏和多个按键分别接控制电路的微控制器。

数控机床运行时，断刀信号采集电路实时采集机床工作台的电压，当采集的电压出现异常时，断刀检测电路的微控制器通知控制电路报警。

本发明以上实施例的断刀检测系统采用独立的断刀检测电路和独立的控制电路，两者之间无线通信连接，装有断刀检测电路的断刀检测台和装有控制电路的便携式控制器使用时都不需要接线，可以节省机台辅助时间。本发明以上实施例的断刀检测系统不需要对机床的电路进行改造；采样电路结构简单，模块式的电路便于移动和维护，出现故障时可以整体替换，不需要在机床上维修。

本发明实施例5断刀检测台的结构如图21至图23所示，与上述的实施例略有不同。检测台本体包括陶瓷(或大理石、工程塑料、电木等)绝缘材料制作的顶板1、金属材料制作的底板2、防水电源开关4和防水充电接头5。顶板1和底板2通过多个螺钉连接固定。断刀检测电路的主体部分(包括电池、MCU、无线收发电路和断刀信号采集电路，但不包括充电端、启动端、工件接线端和机床接线端)封装在信号采集处理模块10中，信号采集处理模块10布置在腔体中，腔体布置在顶板1中，位于底板2的上方。

顶板1的底部有一个作为腔体的凹槽101和一条导线引出槽，导线引出槽的一端与凹槽101连通。断刀检测电路的工件接线端、机床接线端、充电端和启动端分别通过引线与信号采集处理模块连接,充电端的引线和启动端的引线通过顶板1的导线引出槽向外引出。顶板1靠近导线引出槽一侧有两个安装孔103和104，分别用于固定防水电源开关4和防水充电接头5，顶板1靠近这两个安装孔103和104的位置有一个防水电源开关和防水充电接头的避让槽106，避让槽106与导线引出槽的另一端连通。

工件接线端和机床接线端分别接一个导电弹簧针6，顶板1上有安装导电弹簧针6的承孔105，承孔105竖直地布置在顶板1凹槽101的上方，承孔105的下端与顶板1的凹槽101连通，与工件接线端连接的导电弹簧针6B固定在承孔105中，工件接线端导电弹簧针6B的针头向上露出顶板1的顶面，与治具或工件的底面接触，实现电连接。

凹槽101的下部有一圈用于镶嵌底板2的凹槽102，底板2嵌于凹槽102中，并通过螺钉固定在顶板1上，底板2将凹槽101封闭，形成上述的腔体。

底板2有一个竖直布置的用于安装导电弹簧针6A的承孔201，与机床接线端连接的导电弹簧针6A固定在承孔201中，机床接线端的导电弹簧针6A的针头向下露出底板2，与机床工作台的台面接触，实现电连接。

本发明实施例6断刀检测台的结构如图24至图26所示，与上述的实施例略有不同。检测台本体包括工程陶瓷材料制作的顶板1、金属材料制作的底板2、4块挡板3、防水电源开关4和防水充电接头5。顶板1与底板2通过多个螺钉11连接固定。断刀检测电路的主体部分(包括电池、MCU、无线收发电路和断刀信号采集电路，但不包括充电端、启动端、工件接线端和机床接线端)封装在信号采集处理模块10中，信号采集处理模块10布置在腔体中，腔体M同样布置在顶板1与底板2之间，由上腔体和下腔体组成。

顶板1的底部有一个作为上腔体的凹槽101，底板2的顶部有一个作为下腔体的凹槽201和导线引出槽202，底板2的导线引出槽202与凹槽201连通。上腔体的凹槽101与下腔体的凹槽201组合构成容纳信号采集处理模块10的腔体。顶板1底部的凹槽101的内侧有两道的工艺槽，工艺槽靠凹槽101内壁且左右通透，工艺槽减少精加工面积，降低加工难度。底板2腔体凹槽201有一个排水孔，排水孔竖直地布置在底板2腔体凹槽201的下方。断刀检测电路的工件接线端、机床接线端、充电端和启动端分别通过引线与信号采集处理模块10连接,充电端的引线和启动端的引线通过底板2的导线引出槽202向外引出。

工件接线端连接一个导电弹簧针6，顶板1上有安装导电弹簧针6的承孔105，承孔105竖直地布置在顶板1凹槽101的上方，承孔105的下端与顶板1的凹槽101连通，与工件接线端连接的导电弹簧针6固定在承孔105中，工件接线端导电弹簧针6的针头向上露出顶板1的顶面，与治具或工件的底面接触，实现工件接线端12A最终与工件300的电连接。机床接线端12B固定在位于底板2凹槽101中的用金属螺钉14上，与底板2电连接，再通过底板2与机床工作台的台面实现电连接。

本发明以上实施例的断刀检测系统工作时包括以下步骤：

断刀检测电路(信号采集处理模块10)上电后先进行初始化硬件、初始化相关变量，然后进行硬件检测，包括检测自身的缓存芯片、储存芯片和无线收发电路是否正常，具体通过先向缓存芯片中的指定地址写入数据0000，然后从缓存芯片中的指定地址读出之前写入的数据，两次进行比较，看是否一致，如果一致的话就认为正常，反之则认为缓存芯片损坏。检测储存芯片是否损坏只需要读取存储芯片中指定位置的数据，与预先存储在储存芯片指定位置的数据进行比较，如果一致，就认为正常，反之则认为缓存芯片损坏。预先存储在储存芯片指定位置的数据为0000。检测无线收发电路，使用微控制器控制无线收发电路发出指定的数据，如果控制电路(便携式控制器400D)能收到指定的数据，则认为无线收发电路正常。如果缓存芯片、储存芯片和无线收发电路均未损坏就进入到电量检测子程序，否则，发出相关错误信息。

电量检测子程序检测电池电量是否充足是通过检测电池电压的大小来判断的,电量检测电路与微控制器的AD采集引脚连接，通过微控制器上的AD来采集电池电压的大小，因微控制器上的AD采集芯片采集的电压不能超过3.3V，需要通过分压降压，将AD采集到的电压值与预设值进行比较，当检测的电压小于预设值的时候，发出需要充电的指令，控制电路(便携式控制器400D)接收到指令后显示在液晶屏上，直到操作人员将充电线插上后，断刀检测电路(信号采集处理模块10)进入下一步，等待控制电路(便携式控制器400D)的指令。

数控机床在每加工一个不同的工件时，要重新形成电压数据样板。形成电压数据样板通过控制电路(便携式控制器400D)向断刀检测电路(信号采集处理模块10)发出采集数据的指令，此时断刀检测电路采集被加工工件一次完整的加工过程。一次加工过程时是指将毛坯料安装到夹具后，然后按照数控铣刀编辑的程序运行最后至程序结束(一个完整刀路的时间段)，除了在程序启动和停止的过程中有人的干预，整个过程不能有人的干预。当立铣刀与被加工工件接触时，工件接线端、被加工工件、立铣刀、机床本体、机床接线端和断刀信号采集电路构成回路，此时微控制器读取的相应引脚，采样信号输出端为高电平1。反之，当立铣刀与被加工工件断开时为低电平0。

在断刀检测电路(信号采集处理模块10)的微控制器中设置定时器1定时周期为40ms，设定定时器2定时周期为20μs。定时器2的定时时间到获取信号端数据，计数器coun加1，在等到定时器2的定时时间20μs后，接着获取信号端数据，计数器coun接着加1，如此循环直到计数器coun等于1250。断刀检测电路的微控制器对采集到的1250个数据后分析处理，在1250个数据中搜索到至少有50个数据的值为1，则认为这1250次采集最后输出的数据为1，将1写入缓存芯片中；否则，认为这次采集结果输出的数据为0，将0写入缓存器中。然后判断定时器1的定时时间是否到40ms，如果没到40ms则等待，如果到40ms则返回到获取信号端数据，由此循环直到断刀检测电路(信号采集处理模块10)接受到“采集完成”指令，所有的电压数据按刀路的时间段的时间轴组合形成电压数据样板存储到断刀检测电路(信号采集处理模块10)的存储芯片中。

将定时器1设定为40ms是因为采集1250个点，每个点采集的时间为20μs，就需要花25ms，而程序其他的执行时间要10ms左右的时间。

数控机床加工工件时，对于每个加工工件在设定的刀路的时间段内，按电压数据样板的形成时同样的时间周期(40ms)连续采集机床工作台的电压，微控制器将采集的电压形成的电压数据后与存储的电压数据样板中对应时间点的电压数据进行对比，当连续存在差异的点数超过设定的点数时，判定为采集的电压出现异常。

对比的具体步骤为，先将存储在存储芯片中的电压数据样板调到缓存芯片中，在断刀检测电路(信号采集处理模块10)的微控制器中设置定时器1定时周期为40ms，设定定时器2定时周期为20μs。定时器2的定时时间到获取信号端数据，计数器coun加1，在等到定时器2的定时时间20μs后，接着获取信号端数据，计数器coun接着加1，如此循环直到计数器coun等于1250。断刀检测电路的微控制器对采集到的1250个数据分析处理，在1250个数据中搜索到至少有50个数据的值为1，则认为这1250次采集最后输出的数据为1，否则，认为这次采集结果输出的数据为0。将这个数据与从缓存器中电压数据样板对应时间点的数据相比较，如果不相等就将存在差异的点数num加1，再判断存在差异的点数num是否等于预设值，如果存在差异的点数num等于预设值的话，就认为发生了断刀的情况，断刀检测电路(信号采集处理模块10)的微控制器向(便携式控制器400D)发出出错的通知，然后等待复位。在检测对比的过程中，每进行40ms，计数器count加1，当计数器count的数值达到预设值2时，工件加工完，检测过程随之结束。

本发明以上实施例的断刀检测方法实时采集机床工作台的电压，将采集的电压数据与存储的电压数据样板中对应时间点的电压数据进行比较，对于不同直径的刀具都不会出现断刀误判的结果，断刀检测准确性高。

Claims (10)

1.一种数控机床的断刀检测方法，包括断刀检测电路和控制电路，断刀检测电路包括第一微控制器和断刀信号采集电路，其特征在于，安装在机床工作台上的工件与机床工作台绝缘，工件通过刀具与机床工作台电连接，工件和机床工作台串接在断刀信号采集电路的回路中；数控机床运行时，断刀信号采集电路实时采集机床工作台的电压，当采集的电压出现异常时，断刀检测电路的第一微控制器通知控制电路采取相应措施。

2.根据权利要求1所述的数控机床的断刀检测方法，其特征在于，断刀信号采集电路按设定的时间周期连续采集机床工作台的电压，第一微控制器将采集的电压形成的电压数据后与存储的电压数据样板中对应时间点的电压数据进行比较，当连续存在差异的点数超过设定的点数时，判定为采集的电压出现异常。

3.根据权利要求2所述的数控机床的断刀检测方法，其特征在于，电压数据样板的形成包括以下步骤：数控机床在每一次改换不同的加工工件后，在设定的该加工工件的刀路的时间段内，按设定的时间周期连续采集机床工作台的电压，每个时间周期形成一个电压数据；在设定的时间周期中，按设定的频率和采样点数进行采样，当高电平的采样点数大于设定的高电平点数时，该时间周期的电压数据为高电平，反之为低电平，所有的电压数据按时间轴组合形成电压数据样板存储到断刀检测电路中；数控机床工作时，在设定的刀路的时间段内，按电压数据样板的形成时的时间周期连续采集机床工作台的电压，每个时间周期形成一个电压数据；在所述的时间周期中，按电压数据样板的形成时的频率和采样点数进行采样，当高电平采样点数大于电压数据样板的形成时设定的高电平点数时，该时间周期的电压数据为高电平，反之为低电平。

4.根据权利要求3所述的数控机床的断刀检测方法，其特征在于，在设定的时间周期中，按设定的频率和采样点数进行采样的总时间小于该时间周期。

5.一种实现权利要求1所述的断刀检测方法的检测系统，包括断刀检测电路和控制电路，其特征在于，包括检测台，检测台包括用于安装工件的顶面和用于固定在机床工作台上的底面，检测台的顶部与底部绝缘；检测台的中部包括腔体，断刀检测电路安装在所述的腔体中；断刀检测电路包括直流电源、第一微控制器和断刀信号采集电路；断刀信号采集电路包括第一电阻、工件接线端、机床工作台接线端和采样信号输出端；直流电源的正极接工件接线端，直流电源的负极通过第一电阻接机床工作台接线端和采样信号通信端，采样信号输出端接第一微控制器的采样信号输入端；第一微控制器的信号通信端与控制电路通信连接；工件接线端与检测台的顶部电连接，或穿过检测台与工件连接；机床接线端与检测台的底部电连接，或穿过检测台与机床工作台电连接。

6.根据权利要求5所述的数控机床的断刀检测系统，其特征在于，断刀检测电路包括第一无线发射模块；第一无线发射模块接第一微控制器的信号通信端；控制电路包括直流电源、第二微控制器、人机交互电路、报警电路和第二无线发射模块，人机交互电路、报警电路和第二无线发射模块分别接第二微控制器；断刀检测电路的第一无线发射模块与控制电路的第二无线发射模块通信连接。

7.根据权利要求5所述的数控机床的断刀检测系统，其特征在于，检测台包括金属材料的顶板和绝缘材料的底板，顶板与底板通过复数个螺钉连接固定；所述断刀检测电路的主体部分封装在信号采集处理模块中，信号采集处理模块布置在所述的腔体中，所述的腔体布置在顶板与底板之间。

8.根据权利要求7所述的数控机床的断刀检测系统，其特征在于，检测台包括4块挡板、防水电源开关和防水充电接头；断刀检测电路包括充电端和启动端，充电端与防水充电接头连接，启动端与防水电源开关连接；顶板的底面包括左右通透的凹槽，底板的前后宽度与凹槽前后的宽度相同，底板的顶部嵌入到顶板底面的凹槽中；4块挡板的上部通过螺钉固定在顶板的四周，4块挡板的下部围在底板的外侧。

9.根据权利要求8所述的数控机床的断刀检测系统，其特征在于，底板的顶部包括作为所述腔体一部分的腔体凹槽和导线引出槽，底板的导线引出槽与底板的腔体凹槽连通；工件接线端、机床接线端、充电端和启动端分别通过引线与信号采集处理模块连接,充电端的引线和启动端的引线通过底板的导线引出槽向外引出；工件接线端和机床接线端分别包括导电弹簧针，底板包括两个导电弹簧针的承孔，第一承孔竖直地布置在底板腔体凹槽的下方，上端与底板的腔体凹槽连通，机床接线端的导电弹簧针固定在第一承孔中，机床接线端导电弹簧针的针头露出底板的底面；第二承孔竖直地布置在底板腔体凹槽的一侧，上端通过侧向的沟槽与底板腔体凹槽连通，工件接线端的导电弹簧针固定在第二承孔中，工件接线端导电弹簧针的针头露出底板的顶面，与顶板接触。

10.根据权利要求9所述的数控机床的断刀检测系统，其特征在于，检测台包括第一密封胶圈，底板的顶面包括环形凹槽，底板的环形凹槽布置在底板腔体凹槽的外周，第一密封胶圈布置在底板的环形凹槽中；第二承孔位于底板环形凹槽的内周，底板的导线引出槽中填充有密封胶；导电弹簧针的针管与承孔通过密封胶粘接；靠近底板导线引出槽一侧的挡板包括两个安装孔，防水电源开关和防水充电接头分别固定在安装孔中，底板靠近安装孔的位置包括避让槽，底板的避让槽与底板的导线引出槽连通，充电端的引线通过底板的避让槽与防水充电接头连接，启动端的引线通过底板的避让槽与防水电源开关连接。