CN110398939A - 数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定方法及系统包括：定义主轴启动状态和主轴停止状态的峰值点的下界值；绘制数控加工过程中坐标系下主轴负载变化曲线图；通过算法寻找出曲线图中主轴一个工作周期中主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳以及主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳；推算出主轴一个工作周期中有效工作区间＝第一横坐标时间戳与第二横坐标时间戳之间的区间，第一横坐标时间戳为主轴启动状态的峰值点对应的横坐标时间戳沿着横坐标向右移动m个主轴停止时长时间单位后对应的横坐标时间戳，第二横坐标时间戳为主轴停止状态的峰值点对应的横坐标时间戳沿着横坐标向左移动n个主轴启动时长时间单位后对应的横坐标时间戳。

Description

数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定方法及系统
技术领域
本发明涉及数控机床的加工刀具实时检测技术领域，特别是涉及一种数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定方法及系统。
背景技术
刀具在磨损、崩刃、断刀、缺刀等过程中没有监控，可能造成加工质量缺陷或产品报废；严重的情况可导致主轴或机床损坏，影响生产进度。
传统的数控加工过程中，刀具的检测往往通过人工守护和观察的方式，要求操作人员随时跟踪，导致用工成本高企。在自动化与智能化的大环境下，生产自动化，检测自动化是大势所趋。
发明内容
本发明针对现有技术存在的问题和不足，提供一种数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定方法及系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
本发明提供一种数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定方法，其特点在于，其包括以下步骤：
S1、定义主轴启动状态的峰值点和主轴停止状态的峰值点的下界值；
S2、绘制数控加工过程中XY坐标系下主轴负载变化曲线图，其中，横坐标表示时间戳，纵坐标表示主轴负载；
S3、通过算法寻找出曲线图中主轴一个工作周期中主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳以及主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳；
S4、推算出主轴一个工作周期中有效工作区间＝第一横坐标时间戳与第二横坐标时间戳之间的区间，其中，第一横坐标时间戳为主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳沿着横坐标向右移动m个主轴停止时长时间单位后对应的横坐标时间戳，第二横坐标时间戳为主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳沿着横坐标向左移动n个主轴启动时长时间单位后对应的横坐标时间戳，m和n为正整数。
较佳地，步骤S4之后还包括以下步骤：
S5、确定机床启动时长＝第一横坐标时间戳与主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳之间的时间差值，确定机床停止时长＝主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳与第二横坐标时间戳之间的时间差值；
S6、基于该工作周期内的机床启动时长和机床停止时长确定该工作周期内稳定工作状态的起始时间点和结束时间点以及稳定工作状态时长。
较佳地，在步骤S6中，机床启动时长的结束点即为稳定工作状态的起始时间点，机床停止时长的起始点即为稳定工作状态的结束时间点，稳定工作状态时长＝该工作周期-机床启动时长-机床停止时长。
本发明还提供一种数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定系统，其特点在于，其包括定义模块、绘制模块、寻找模块和推算模块；
所述定义模块用于定义主轴启动状态的峰值点和主轴停止状态的峰值点的下界值；
所述绘制模块用于绘制数控加工过程中XY坐标系下主轴负载变化曲线图，其中，横坐标表示时间戳，纵坐标表示主轴负载；
所述寻找模块用于通过算法寻找出曲线图中主轴一个工作周期中主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳以及主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳；
所述推算模块用于推算出主轴一个工作周期中有效工作区间＝第一横坐标时间戳与第二横坐标时间戳之间的区间，其中，第一横坐标时间戳为主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳沿着横坐标向左移动m个主轴停止时长时间单位后对应的横坐标时间戳，第二横坐标时间戳为主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳沿着横坐标向右移动n个主轴启动时长时间单位后对应的横坐标时间戳，m和n为正整数。
较佳地，所述系统还包括第一确定模块和第二确定模块；
所述第一确定模块用于确定机床启动时长＝第一横坐标时间戳与主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳之间的时间差值，确定机床停止时长＝主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳与第二横坐标时间戳之间的时间差值。
所述第二确定模块用于基于该工作周期内的机床启动时长和机床停止时长确定该工作周期内稳定工作状态的起始时间点和结束时间点以及稳定工作状态时长。
较佳地，所述第二确定模块用于确定机床启动时长的结束点即为稳定工作状态的起始时间点，机床停止时长的起始点即为稳定工作状态的结束时间点，稳定工作状态时长＝该工作周期-机床启动时长-机床停止时长。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明的应用场景是在数控机床进行加工作业行为过程中，对数控机床的加工刀具进行实时检测，检测过程中过滤主轴启动和停止的尖峰脉冲，寻找有效工作区间，对有效工作区间段的数据进行异常检测。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定方法的流程图。
图2为本发明较佳实施例的主轴负载变化曲线图。
图3为本发明较佳实施例的数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定系统的结构框图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供一种数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定方法，其包括以下步骤：
步骤101、定义主轴启动状态的峰值点和主轴停止状态的峰值点的下界值。
主轴启动状态的峰值点和主轴停止状态的峰值点的峰值高低是不一样的，只需要定义一个囊括所有峰值点的大致下界即可(如上图2可定为15)，便可满足近乎所有数据的分布规律。
步骤102、绘制数控加工过程中XY坐标系下主轴负载变化曲线图，其中，横坐标表示时间戳，纵坐标表示主轴负载。
步骤103、通过算法寻找出曲线图中主轴一个工作周期中主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳以及主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳。
在定义完下界以后，需要通过寻找峰值算法找到所有“主轴启动状态(MotorStart)”和“主轴停止状态(Motor Stop)”的峰值点所对应的横坐标时间戳。
步骤104、推算出主轴一个工作周期中有效工作区间＝第一横坐标时间戳与第二横坐标时间戳之间的区间，其中，第一横坐标时间戳为主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳沿着横坐标向右移动m个主轴停止时长时间单位后对应的横坐标时间戳(如沿着图2横坐标从左到右方向的第三个竖直虚线对应的横坐标时间戳)，第二横坐标时间戳为主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳沿着横坐标向左移动n个主轴启动时长时间单位后对应的横坐标时间戳(如沿着图2横坐标从左到右方向的第二个竖直虚线对应的横坐标时间戳)，m和n为正整数。
步骤105、确定机床启动时长＝第一横坐标时间戳与主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳之间的时间差值，确定机床停止时长＝主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳与第二横坐标时间戳之间的时间差值。
步骤106、基于该工作周期内的机床启动时长和机床停止时长确定该工作周期内稳定工作状态的起始时间点和结束时间点以及稳定工作状态时长。
其中，机床启动时长的结束点即为稳定工作状态的起始时间点，机床停止时长的起始点即为稳定工作状态的结束时间点，稳定工作状态时长＝该工作周期-机床启动时长-机床停止时长。
如图3所示，本实施例还提供一种数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定系统，其包括定义模块1、绘制模块2、寻找模块3、推算模块4、第一确定模块5和第二确定模块6。
所述定义模块1用于定义主轴启动状态的峰值点和主轴停止状态的峰值点的下界值。
所述绘制模块2用于绘制数控加工过程中XY坐标系下主轴负载变化曲线图，其中，横坐标表示时间戳，纵坐标表示主轴负载。
所述寻找模块3用于通过算法寻找出曲线图中主轴一个工作周期中主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳以及主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳。
所述推算模块4用于推算出主轴一个工作周期中有效工作区间＝第一横坐标时间戳与第二横坐标时间戳之间的区间，其中，第一横坐标时间戳为主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳沿着横坐标向右移动m个主轴停止时长时间单位后对应的横坐标时间戳，第二横坐标时间戳为主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳沿着横坐标向左移动n个主轴启动时长时间单位后对应的横坐标时间戳，m和n为正整数。
所述第一确定模块5用于确定机床启动时长＝第一横坐标时间戳与主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳之间的时间差值，确定机床停止时长＝主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳与第二横坐标时间戳之间的时间差值。
所述第二确定模块6用于基于该工作周期内的机床启动时长和机床停止时长确定该工作周期内稳定工作状态的起始时间点和结束时间点以及稳定工作状态时长。
其中，确定机床启动时长的结束点即为稳定工作状态的起始时间点，机床停止时长的起始点即为稳定工作状态的结束时间点，稳定工作状态时长＝该工作周期-机床启动时长-机床停止时长。
基于本发明的有效工作区间判断准确率达到95％以上，基于此，对刀具异常状态的监控可以避开主轴启动、停止造成的干扰和误判。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、定义主轴启动状态的峰值点和主轴停止状态的峰值点的下界值；
S2、绘制数控加工过程中XY坐标系下主轴负载变化曲线图，其中，横坐标表示时间戳，纵坐标表示主轴负载；
S3、通过算法寻找出曲线图中主轴一个工作周期中主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳以及主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳；
S4、推算出主轴一个工作周期中有效工作区间＝第一横坐标时间戳与第二横坐标时间戳之间的区间，其中，第一横坐标时间戳为主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳沿着横坐标向右移动m个主轴停止时长时间单位后对应的横坐标时间戳，第二横坐标时间戳为主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳沿着横坐标向左移动n个主轴启动时长时间单位后对应的横坐标时间戳，m和n为正整数。
2.如权利要求1所述的数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定方法，其特征在于，步骤S4之后还包括以下步骤：
S5、确定机床启动时长＝第一横坐标时间戳与主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳之间的时间差值，确定机床停止时长＝主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳与第二横坐标时间戳之间的时间差值；
S6、基于该工作周期内的机床启动时长和机床停止时长确定该工作周期内稳定工作状态的起始时间点和结束时间点以及稳定工作状态时长。
3.如权利要求2所述的数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定方法，其特征在于，在步骤S6中，机床启动时长的结束点即为稳定工作状态的起始时间点，机床停止时长的起始点即为稳定工作状态的结束时间点，稳定工作状态时长＝该工作周期-机床启动时长-机床停止时长。
4.一种数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定系统，其特征在于，其包括定义模块、绘制模块、寻找模块和推算模块；
所述定义模块用于定义主轴启动状态的峰值点和主轴停止状态的峰值点的下界值；
所述绘制模块用于绘制数控加工过程中XY坐标系下主轴负载变化曲线图，其中，横坐标表示时间戳，纵坐标表示主轴负载；
所述寻找模块用于通过算法寻找出曲线图中主轴一个工作周期中主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳以及主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳；
所述推算模块用于推算出主轴一个工作周期中有效工作区间＝第一横坐标时间戳与第二横坐标时间戳之间的区间，其中，第一横坐标时间戳为主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳沿着横坐标向右移动m个主轴停止时长时间单位后对应的横坐标时间戳，第二横坐标时间戳为主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳沿着横坐标向左移动n个主轴启动时长时间单位后对应的横坐标时间戳，m和n为正整数。
5.如权利要求4所述的数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定系统，其特征在于，所述系统还包括第一确定模块和第二确定模块；
所述第一确定模块用于确定机床启动时长＝第一横坐标时间戳与主轴启动状态的峰值点所对应的横坐标时间戳之间的时间差值，确定机床停止时长＝主轴停止状态的峰值点所对应的横坐标时间戳与第二横坐标时间戳之间的时间差值；
所述第二确定模块用于基于该工作周期内的机床启动时长和机床停止时长确定该工作周期内稳定工作状态的起始时间点和结束时间点以及稳定工作状态时长。
6.如权利要求5所述的数控机床刀具实时检测时有效工作区间判定系统，其特征在于，所述第二确定模块用于确定机床启动时长的结束点即为稳定工作状态的起始时间点，机床停止时长的起始点即为稳定工作状态的结束时间点，稳定工作状态时长＝该工作周期-机床启动时长-机床停止时长。
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