CN112947303A - 一种机床过载监控系统以及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种机床过载监控系统以及控制方法，过载监控系统包括CNC装置部分和切削过载部分，CNC装置部分用于输入切削过载信号，切削过载部分包括检测硬件、与检测硬件端口链接的传感器组件、用于滤掉信号中高频成分的低通滤波器、与传感器组件连接的测量电路、传感器组件包括电流传感器以及电压传感器，电流传感器包括霍尔元件以及放大器，控制方法包括CNC装置中断方法以及切削过载检测方法，本发明在监控系统中引入测量电路以及电压传感器，进行电压电流的同步检测计算，形成脉冲整形电路，采用功率检测取代电流检测的方式，随后输入至单片机进行过载检测，最后所得切削扭矩的检测对比数据更加精确。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床领域，具体涉及一种机床过载监控系统以及控制方法。
背景技术
数控机床使用过程中可能会由于编程操作错误或参数设置错误等原因造成切削力过载，现有过载处理的是利用电机的过流特性强制切断电源，再由CNC装置采集到过流信号发出驱动报警，使得主动轴和电机停止运行，这种方法虽然能够对机床起到保护作用，但是刀具由于加工中直接强行停止，会导致刀具卡在工件中，很容易损坏工件以及刀具，现有技术中，虽然有相关专利，如CN200520079748.1考虑到退刀问题，但是只是采用单一电流监控，单一电流数据的监控无法精确计算切削扭矩，实际中对比效果不好，且切削扭矩的对比不反馈CNC装置，伺服系统也无法向CNC装置传递动态位置参数信息，导致整个系统存在一定延迟，可行性差。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种机床过载监控系统，包括：
CNC装置部分和切削过载部分，所述CNC装置部分用于输入切削过载信号，所述切削过载部分包括检测硬件、与所述检测硬件端口链接的传感器组件、用于滤掉信号中高频成分的低通滤波器、与所述传感器组件连接的测量电路、所述传感器组件包括电流传感器以及电压传感器，所述电流传感器包括霍尔元件以及放大器，所述电压传感器输出的电压信号经过低通滤波器，所述电压传感器由高比值的变压器组成，所述测量电路包括接近开关、电平转换电路以及脉冲整形电路，所述脉冲整形电路的输出端与所述检测硬件的计数端连接，所述检测硬件为单片机，所述电压传感器与所述电流传感器连接有A/D转换器，所述A/D转换器对所述电压传感器以及所述电流传感器的输出电压、电流进行转换后送入所述单片机处理，所述CNC装置部分包括CNC装置、与所述CNC装置连接的主轴和进给伺服以及作为所述主轴和进给伺服载体的主轴和进给电机。
一种机床过载监控系统的控制方法，包括CNC装置中断方法以及切削过载检测方法，所述切削过载检测方法包括首先上电后由所述测量电路检测控制电压信号，检测到电压信号后调测电流电压子程序，计算电机及传动系统损耗功率，再次调测电流电压子程序，计算有功功率瞬时值以及计算电机输出功率，随后启动所述单片机中的定时器，求出主轴进给电机的角速度并根据角速度得出切削扭矩，将切削扭矩与预设的过载限定值进行对比。
优选的，所述切削扭矩小于所述过载限定值，检测所述CNC装置提供的加工完成信号，完成后，停止检测。
优选的，所述切削扭矩大于所述过载限定值，输出过载信号，等待CNC装置响应，CNC装置响应完成，停止检测，进行CNC装置中断。
优选的，所述CNC装置中断方法包括第一步，CNC装置保护当前工作状态；第二步，选出当前加工轮廓的几何信息；第三步，生成退出过载区NC程序，NC程序控制刀具退出过载区并且停止加工；第四步，发出切削过载的报警。
有益效果：
1、在监控系统中引入测量电路以及电压传感器，进行电压电流的同步检测计算，形成脉冲整形电路，采用功率检测取代电流检测的方式，随后输入至单片机进行过载检测，最后所得切削扭矩的检测对比数据更加精确，且本发明系统中实时反馈给CNC装置主轴和进给电机的参数，对比的实时性，处理的精确性获得较大提高。
2、设计有CNC中断方法，通过工作状态读取几何信息，利用NC程序进行退刀作业，同时可以进行过载报警，反馈速度更短，报警信号迅速及时。
3、相较于直接停止电机的方法，本发明先退刀后停机，有效保护了刀具与工件。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明中监控系统原理图；
图2为切削过载检测方法流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和2所示，本发明提供一种机床过载监控系统，包括CNC装置部分和切削过载部分，所述CNC装置部分用于输入切削过载信号，所述切削过载部分包括检测硬件、与所述检测硬件端口链接的传感器组件、用于滤掉信号中高频成分的低通滤波器、与所述传感器组件连接的测量电路、所述传感器组件包括电流传感器以及电压传感器，所述电流传感器包括霍尔元件以及放大器，所述电压传感器输出的电压信号经过低通滤波器，所述电压传感器由高比值的变压器组成，所述测量电路包括接近开关、电平转换电路以及脉冲整形电路，所述脉冲整形电路的输出端与所述检测硬件的计数端连接，所述检测硬件为单片机，所述电压传感器与所述电流传感器连接有A/D转换器，所述A/D转换器对所述电压传感器以及所述电流传感器的输出电压、电流进行转换后送入所述单片机处理，所述CNC装置部分包括CNC装置、与所述CNC装置连接的主轴和进给伺服以及作为所述主轴和进给伺服载体的主轴和进给电机。
一种机床过载监控系统的控制方法，包括CNC装置中断方法以及切削过载检测方法，所述切削过载检测方法包括首先上电后由所述测量电路检测控制电压信号，检测到电压信号后调测电流电压子程序，计算电机及传动系统损耗功率，再次调测电流电压子程序，计算有功功率瞬时值以及计算电机输出功率，随后启动所述单片机中的定时器，求出主轴进给电机的角速度并根据角速度得出切削扭矩，将切削扭矩与预设的过载限定值进行对比。所述切削扭矩小于所述过载限定值，检测所述CNC装置提供的加工完成信号，完成后，停止检测。所述切削扭矩大于所述过载限定值，输出过载信号，等待CNC装置响应，CNC装置响应完成，停止检测，进行CNC装置中断。所述CNC装置中断方法包括第一步，CNC装置保护当前工作状态；第二步，选出当前加工轮廓的几何信息；第三步，生成退出过载区的NC程序，NC程序控制刀具退出过载区并且停止加工；第四步，发出切削过载的报警。
相较于现有技术中直接停止电机的方法，本发明先退刀后停机，有效保护了刀具与工件。在监控系统中引入测量电路以及电压传感器，进行电压电流的同步检测计算，形成脉冲整形电路，采用功率检测取代电流检测的方式，随后输入至单片机进行过载检测，最后所得切削扭矩的检测对比数据更加精确，且本发明系统中实时反馈给CNC装置主轴和进给电机的参数，对比的实时性，处理的精确性获得较大提高，设计有CNC中断方法，通过工作状态读取几何信息，利用NC程序进行退刀作业，同时可以进行过载报警，反馈速度更短，报警信号迅速及时。
在实际生产操作中，将过载限定值设定为额定扭矩的的1.15～1.2倍，即当切削过载15％～20％时，使CNC装置响应，使主轴向原切割方向的反方向运动，刀具推出过载区。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。
Claims (5)
1.一种机床过载监控系统，其特征在于：包括CNC装置部分和切削过载部分，所述CNC装置部分用于输入切削过载信号，所述切削过载部分包括检测硬件、与所述检测硬件端口链接的传感器组件、用于滤掉信号中高频成分的低通滤波器、与所述传感器组件连接的测量电路、所述传感器组件包括电流传感器以及电压传感器，所述电流传感器包括霍尔元件以及放大器，所述电压传感器输出的电压信号经过低通滤波器，所述电压传感器由高比值的变压器组成，所述测量电路包括接近开关、电平转换电路以及脉冲整形电路，所述脉冲整形电路的输出端与所述检测硬件的计数端连接，所述检测硬件为单片机，所述电压传感器与所述电流传感器连接有A/D转换器，所述A/D转换器对所述电压传感器以及所述电流传感器的输出电压、电流进行转换后送入所述单片机处理，所述CNC装置部分包括CNC装置、与所述CNC装置连接的主轴和进给伺服以及作为所述主轴和进给伺服载体的主轴和进给电机。
2.根据权利要求1所述的一种机床过载监控系统的控制方法，其特征在于：包括CNC装置中断方法以及切削过载检测方法，所述切削过载检测方法包括首先上电后由所述测量电路检测控制电压信号，检测到电压信号后调测电流电压子程序，计算电机及传动系统损耗功率，再次调测电流电压子程序，计算有功功率瞬时值以及计算电机输出功率，随后启动所述单片机中的定时器，求出主轴进给电机的角速度并根据角速度得出切削扭矩，将切削扭矩与预设的过载限定值进行对比。
3.根据权利要求2所述的一种机床过载监控系统的控制方法，其特征在于：所述切削扭矩小于所述过载限定值，检测所述CNC装置提供的加工完成信号，完成后，停止检测。
4.根据权利要求2所述的一种机床过载监控系统的控制方法，其特征在于：所述切削扭矩大于所述过载限定值，输出过载信号，等待CNC装置响应，CNC装置响应完成，停止检测，进行CNC装置中断。
5.根据权利要求4所述的一种机床过载监控系统的控制方法，其特征在于：所述CNC装置中断方法包括第一步，CNC装置保护当前工作状态；第二步，选出当前加工轮廓的几何信息；第三步，生成退出过载区NC程序，NC程序控制刀具退出过载区并且停止加工；第四步，发出切削过载的报警。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113927359A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-01-14 | 南通国盛智能科技集团股份有限公司 | 一种fanuc系统预防主轴切削量过大导致主轴电机过载的保护 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN2879255Y (zh) * | 2005-11-17 | 2007-03-14 | 天水星火机床有限责任公司 | 数控机床切削过载监控器 |
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|---|
| 朱晓春: "切削过载的在线监控", 《制造技术与机床》 * |
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| CN113927359A (zh) * | 2021-10-13 | 2022-01-14 | 南通国盛智能科技集团股份有限公司 | 一种fanuc系统预防主轴切削量过大导致主轴电机过载的保护 |
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