CN110561188B - 一种数控机床进给系统波动在线检测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于数控机床检测领域，并具体公开了一种数控机床进给系统波动在线检测装置及方法。该装置包括数据采集卡和机床管理测试模块，其中数据采集卡用于采集进给系统的外部数据；机床管理测试模块中任务定制子模块用于生成测试G代码，数控系统连接管理子模块用于连接数控系统并进行内部数据采集，外部数据采集子模块用于接收数据采集卡采集到的外部数据并对其进行频域转换，数据分析示波子模块用于对外部数据和内部数据进行分析并判断其是否正常，生成诊断报告。本发明能够同时完成进给系统振动测量、伺服电机电流测量和转速波动测量，此外通过机床管理测试模块与数控机床的实时状态数据进行同步，进而能够准确判断故障的来源，提高测试精度。

Description

一种数控机床进给系统波动在线检测装置及方法
技术领域
本发明属于数控机床检测领域，更具体地，涉及一种数控机床进给系统波动在线检测装置及方法。
背景技术
数控机床进给轴波动是指机床在运行过程中，由于输入电流不稳定、结构振动或电机质量因素造成的进给轴输出转速在设定转速上下出现微小波动的情况。当进给轴波动现象产生时，势必会造成机床工作台进给速度出现微小抖动，进而使加工工件表面产生微小的波纹，影响产品的质量。
为了消除进给轴波动所造成的影响，保证产品质量，需要一种快捷易用的方法对该现象的成因进行分析测试，排除故障源。但是目前还缺乏一种有效的数控机床进给轴波动分析诊断手段，不能同步采集伺服电机输入电流、伺服电机光电编码盘输出信号、工作台振动信号等机床外部信号与伺服反馈、控制信号等数控系统内部信号，从而难以综合分析数据以确定故障源。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种数控机床进给系统波动在线检测装置及方法，其中该装置结合数控机床自身的特征，相应设计了数据采集卡和机床管理测试模块，并对机床管理测试模块中模块的划分方式进行研究和设计，可有效解决现有技术无法准确判断故障源的弊端，因而尤其适用于数控机床检测的应用场合。
为实现上述目的，按照本发明的一方面，提出了一种数控机床进给系统波动在线检测装置，包括数据采集卡和机床管理测试模块，其中：所述数据采集卡用于采集所述数控机床中进给系统的外部数据；所述机床管理测试模块用于控制并完成在线检测工作，其包括任务定制子模块、数控系统连接管理子模块、外部数据采集子模块和数据分析示波子模块，所述任务定制子模块用于生成测试G代码、设定采集数据的阈值范围和定制测试软件界面，所述数控系统连接管理子模块用于连接所述数控机床的数控系统并对其进行内部数据的采集，所述外部数据采集子模块用于接收所述数据采集卡采集到的外部数据并对其进行频域转换，所述数据分析示波子模块用于对所述外部数据和内部数据进行分析并判断其是否正常，从而生成诊断报告。
作为进一步优选地，所述机床管理测试模块还包括数据存储回放子模块，所述数据存储回放子模块用于将所述外部数据和内部数据存储归档，并在进行问题分析时将所述外部数据和内部数据回放，以复现测试中出现的问题。
作为进一步优选地，所述数据采集卡包括模拟量采集卡和脉冲采集卡，其中所述模拟量采集卡用于采集振动加速度传感器和电涡流传感器的信号，所述脉冲采集卡用于采集电机编码器的信号。
作为进一步优选地，所述脉冲采集卡的计数周期为1ms～10ms。
作为进一步优选地，所述任务定制子模块生成测试G代码的过程为：根据用户设定的测试参数定制测试步骤，计算伺服电机的加减速常数和精度参数，最后估算各项测试环节所需时间，以此生成测试G代码。
作为进一步优选地，所述数控系统连接管理子模块的工作内容包括：上传并加载所述测试G代码，获取伺服电机当前的控制信号、反馈信号和工作状态，同步所述数控系统与所述机床管理测试模块的测试进度，上传所述机床管理测试模块检测到的报警信息。
按照本发明的另一方面，提供了一种数控机床进给系统波动在线检测方法，该方法包括如下步骤：
S1启动数控机床的进给系统，建立机床管理测试模块与进给系统之间的连接；
S2任务定制子模块根据用户定制的测试步骤生成测试G代码，然后将所述测试G代码上传至数控系统并进行加载；
S3所述数控系统连接管理子模块获得所述进给系统中伺服电机的控制信号、反馈信号和工作状态，从而确定所述数控机床的运动状态；
S4用户按下循环启动按钮，所述机床管理测试模块运行所述测试G代码，按照设定的测试步骤进行测试，外部数据采集子模块接收数据采集卡采集到的外部数据并对其进行频域转换，所述数控系统连接管理子模块获取数控系统的内部数据，最后数据分析示波子模块对所述外部数据和内部数据进行分析并判断其是否正常，从而生成诊断报告。
作为进一步优选地，所述数控机床进给系统波动在线检测方法还包括步骤S5，其具体为：将所述外部数据和内部数据存储在数据存储回放子模块中，供回放调用。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
1.本发明利用数据采集卡采集进给系统的外部数据，并利用数控系统连接管理子模块采集数控系统的内部数据，能够同时完成进给系统振动测量、伺服电机电流测量和转速波动测量，此外通过机床管理测试模块与数控机床的实时状态数据进行同步，进而能够准确判断故障的来源，提高测试精度，并且具有操作简单、测试效率高的优势；
2.本发明通过设置数据存储回放子模块，能够将测试数据存储归档，并在进行问题分析时进行数据回放，以复现测试中出现的问题，有利于进行检测维修；
3.本发明通过对数据采集卡的功能进行细化，能够准确获得振动加速度传感器、电涡流传感器和电机编码器的信号，此外本发明通过机床管理测试模块中各模块的作用进行优化，能够简化测试过程，提高测试效率和精度。
附图说明
图1是按照本发明优选实施例构建的数控机床进给系统波动在线检测装置的示意图；
图2是图1中数控机床进给系统波动在线检测装置中机床管理测试模块的示意图；
图3是利用本发明提供的数控机床进给系统波动在线检测装置进行数据分析的过程示意图；
图4是按照本发明优选实施例构建的数控机床进给系统波动在线检测方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明实施例提出了一种数控机床进给系统波动在线检测装置，该系统包括数据采集卡和机床管理测试模块，其中：
数据采集卡用于采集数控机床中进给系统的外部数据，其包括模拟量采集卡和脉冲采集卡，模拟量采集卡用于采集振动加速度传感器和电涡流传感器的信号，脉冲采集卡用于采集电机编码器的信号，脉冲采集卡的计数周期为1ms～10ms；
如图2所示，机床管理测试模块用于控制并完成在线检测工作，其包括任务定制子模块、数控系统连接管理子模块、外部数据采集子模块和数据分析示波子模块，任务定制子模块用于生成测试G代码、设定数据采集的阈值范围和定制测试软件界面，如定制数据采样通道和采用的频域变换方式等，数控系统连接管理子模块用于连接数控机床的数控系统并对其进行内部数据的采集，外部数据采集子模块用于接收数据采集卡采集到的外部数据并对其进行频域转换，数据分析示波子模块用于对外部数据和内部数据进行分析，通过分析时域、频域特征以及任务定制子模块中设置的阈值范围判断采集到的数据是否正常，从而生成诊断报告，将采集到的数据和分析结果显示在软件界面供用户实时分析，确定故障源供一线人员排查。
进一步，机床管理测试模块还包括数据存储回放子模块，数据存储回放子模块用于将外部数据和内部数据存储归档，并在进行问题分析时将所述外部数据和内部数据回放，以复现测试中出现的问题。
进一步，任务定制子模块生成测试G代码的过程为：根据用户设定的测试参数定制测试步骤，计算伺服电机的加减速常数和精度参数，最后估算各项测试环节所需时间，以此生成测试G代码。
进一步，数控系统连接管理子模块的工作内容包括：上传并加载测试G代码，获取伺服电机当前的控制信号、反馈信号和工作状态，同步数控系统与机床管理测试模块的测试进度，上传机床管理测试模块检测到的报警信息。
如图3所示，本发明提供的数控机床进给系统波动在线检测装置能够采集伺服电机的控制信号、反馈信号，以及机床工作台进给速度抖动信号，同时还能够采集运动控制卡输出端/伺服电机输入端的电流信号，伺服电机输出端的光电编码盘输出信号和数控机床工作台振动信号，从而进行进给系统振动测量、伺服电机电流测量和转速波动测量，并通过时域同步波形分析和频域主导频率分析，确定造成进给轴波动的成因是运动控制卡、伺服电机还是工作台机械结构，从而给出准确的诊断报告。
如图4所示，本发明还提供了一种数控机床进给系统波动在线检测方法，该方法包括如下步骤：
S1启动数控机床的进给系统，建立机床管理测试模块与进给系统之间的连接；
S2任务定制子模块根据用户定制的测试步骤生成测试G代码，然后将测试G代码上传至数控系统并进行加载；
S3数控系统连接管理子模块获得进给系统中伺服电机的控制信号、反馈信号和工作状态，从而确定数控机床的运动状态，实时同步本地数据；
S4用户按下循环启动按钮，机床管理测试模块运行测试G代码，按照设定的测试步骤进行测试，外部数据采集子模块接收数据采集卡采集到的外部数据并对其进行频域转换，数控系统连接管理子模块获取数控系统的内部数据，最后数据分析示波子模块对外部数据和内部数据进行分析并判断其是否正常，从而生成诊断报告。
S5将测试数据存储在数据存储回放子模块中，供回放调用。
本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种数控机床进给系统波动在线检测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
S1启动数控机床的进给系统，建立机床管理测试模块与进给系统之间的连接；
S2任务定制子模块根据用户定制的测试步骤生成测试G代码，然后将所述测试G代码上传至数控系统并进行加载；
S3数控系统连接管理子模块获得所述进给系统中伺服电机的控制信号、反馈信号和工作状态，从而确定所述数控机床的运动状态；
S4用户按下循环启动按钮，所述机床管理测试模块运行所述测试G代码，按照设定的测试步骤进行测试，外部数据采集子模块接收数据采集卡采集到的外部数据并对其进行频域转换，所述数控系统连接管理子模块获取数控系统的内部数据，最后数据分析示波子模块对所述外部数据和内部数据进行分析并判断其是否正常，从而生成诊断报告。
2.如权利要求1所述的数控机床进给系统波动在线检测方法，其特征在于，该方法还包括步骤S5，其具体为：将所述外部数据和内部数据存储在数据存储回放子模块中，供回放调用。
3.一种利用如权利要求1或2所述方法进行数控机床进给系统波动在线检测的装置，其特征在于，该装置包括数据采集卡和机床管理测试模块，其中：所述数据采集卡用于采集所述数控机床中进给系统的外部数据；所述机床管理测试模块用于控制并完成在线检测工作，其包括任务定制子模块、数控系统连接管理子模块、外部数据采集子模块和数据分析示波子模块，所述任务定制子模块用于生成测试G代码、设定采集数据的阈值范围和定制测试软件界面，并将所述测试G代码上传至数控系统；所述数控系统连接管理子模块用于连接所述数控机床的数控系统并对其进行内部数据的采集，以获得所述进给系统中伺服电机的控制信号、反馈信号和工作状态，从而确定所述数控机床的运动状态；所述外部数据采集子模块用于接收所述数据采集卡采集到的外部数据并对其进行频域转换，所述数据分析示波子模块用于对所述外部数据和内部数据进行分析并判断其是否正常，从而生成诊断报告。
4.如权利要求3所述的数控机床进给系统波动在线检测装置，其特征在于，所述机床管理测试模块还包括数据存储回放子模块，所述数据存储回放子模块用于将所述外部数据和内部数据存储归档，并在进行问题分析时将所述外部数据和内部数据回放，以复现测试中出现的问题。
5.如权利要求3或4所述的数控机床进给系统波动在线检测装置，其特征在于，所述数据采集卡包括模拟量采集卡和脉冲采集卡，其中所述模拟量采集卡用于采集振动加速度传感器和电涡流传感器的信号，所述脉冲采集卡用于采集电机编码器的信号。
6.如权利要求5所述的数控机床进给系统波动在线检测装置，其特征在于，所述脉冲采集卡的计数周期为1ms～10ms。
7.如权利要求3所述的数控机床进给系统波动在线检测装置，其特征在于，所述任务定制子模块生成测试G代码的过程为：根据用户设定的测试参数定制测试步骤，计算伺服电机的加减速常数和精度参数，最后估算各项测试环节所需时间，以此生成测试G代码。
8.如权利要求3所述的数控机床进给系统波动在线检测装置，其特征在于，所述数控系统连接管理子模块的工作内容包括：上传并加载所述测试G代码，获取伺服电机当前的控制信号、反馈信号和工作状态，同步所述数控系统与所述机床管理测试模块的测试进度，上传所述机床管理测试模块检测到的报警信息。
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