CN115070068A - 主轴组件、控制方法、装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主轴组件、控制方法、装置及计算机可读存储介质，属于机械加工领域。一种加工中心的主轴组件，包括：主轴箱、转动设置于所述主轴箱并用于夹持刀具的芯轴、设置于所述主轴箱并用于对所述芯轴进行固定的固定组件、设置于所述固定组件并用于检测所述芯轴产生的振动值的振动传感器和与所述振动传感器电连接并根据加工中心主轴组件的关机阈值与所述振动值的大小调节所述芯轴的转动状态的控制器。当振动传感器检测到的振动值大于关机阈值时，控制器便会控制整个主轴组件进行关机，防止加工中心的主轴组件产生撞刀之后还继续工作，从而导致主轴组件收到损伤。

Description

主轴组件、控制方法、装置及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及机械加工领域，特别是涉及一种主轴组件、控制方法、装置及计算机可读存储介质。

背景技术

现有的加工中心主轴组件，其自身不具有防碰撞功能，在使用的过程中，若使用错误或程序出现错误，比较容易产生撞刀。撞刀是指刀具的切削量过大，除了切削刃外，刀杆也撞到了工件。撞刀十分容易对主轴组件造成损坏。而且，对于设备制造商而言，由于无法实施检测客户工况，事后处理主轴损坏问题时，责任无法及时判定。

发明内容

本申请实施方式一方面提供了一种加工中心的主轴组件，以在主轴组件工作时产生撞刀时发出警报，包括：主轴箱；芯轴，转动设置于所述主轴箱，所述芯轴用于夹持刀具；固定组件，设置于所述主轴箱，所述固定组件用于对所述芯轴进行固定；振动传感器，设置于所述固定组件，用于检测所述芯轴产生的振动值；控制器，所述控制器与所述振动传感器电连接，所述控制器根据加工中心主轴组件的关机阈值与所述振动值的大小调节所述芯轴的转动状态。

在一些实施例中，所述固定组件包括：主轴外套，设置于所述主轴箱，所述主轴外套套在所述芯轴上；轴承，转动设置于所述主轴外套，所述轴承与所述芯轴过盈连接。

在一些实施例中，所述振动传感器连接于所述主轴外套。

在一些实施例中，还包括动力组件，动力组件包括：电机，设置于所述主轴箱；传动带轮，所述芯轴远离所述轴承的一侧和所述电机的输出端均设置有传动带轮；皮带，设置于所述传动带轮之间。

在一些实施例中，所述振动传感器连接于所述主轴外套。

在一些实施例中，所述芯轴靠近所述轴承的一侧设置有刀具，用于进行切削加工。

在一些实施例中，还包括：报警器，设置于所述主轴箱，所述报警器与所述控制器电连接，所述报警器用于在所述振动值大于所述关机阈值时发出警报。

本申请实施方式另一方面提供了一种加工中心主轴组件的控制方法，包括：通过振动传感器获取加工中心主轴组件的芯轴在工作中产生的振动值；将所述振动值与所述加工中心主轴组件的关机阈值做对比；若所述振动值大于或等于所述加工中心主轴组件的关机阈值，则控制所述芯轴停止转动。

在一些实施例中，所述将所述振动值与所述加工中心主轴组件的关机阈值做对比包括：获取所述加工中心主轴组件在最大切削量测试时的最大振动值；将所述最大振动值的80％数值作为所述加工中心主轴组件的关机阈值。

本申请实施方式另一方面提供了一种用于控制加工中心的主轴组件的装置，包括：处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器耦合所述存储器，所述振动传感器检测的振动值存储在所述存储器中，所述处理器在工作时执行所述计算机程序以实现如上述的加工中心主轴组件的控制方法。

本申请实施方式另一方面提供了计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现如上述的控制方法。

本申请通过振动传感器实时检测芯轴产生的振动值，并对主轴组件设置有关机阈值，当振动传感器检测到的振动值大于关机阈值时，控制器便会控制整个主轴组件进行关机，防止加工中心的主轴组件产生撞刀之后还继续工作，从而导致主轴组件收到损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：

图1揭露了本申请一实施例中主轴组件的一种结构示意图；

图2揭露了本申请图1所示实施例中主轴组件的另一种结构示意图；

图3揭露了本申请图1所示实施例中主轴组件的又一种结构示意图；

图4揭露了本申请一实施例中加工中心主轴组件的控制方法的流程图；

图5揭露了本申请一实施例中步骤S102的步骤流程图；

图6揭露了本申请一实施例中加工中心主轴组件的控制方法的整体流程图；

图7为本申请一实施例中用于控制加工中心的主轴组件的装置的框架示意图；

图8揭露了本申请一实施例中一种计算机可读存储介质的框架示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要指出的是，下文中的术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。

本说明书上的词汇是为了说明本发明的实施例而使用的，但不是试图要限制本发明。还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的技术人员而言，可以具体理解上述属于在本发明中的具体含义。

现有的加工中心主轴组件，其自身不具有防碰撞功能，在使用的过程中，若使用错误或程序出现错误，比较容易产生撞刀。撞刀是指刀具的切削量过大，除了切削刃外，刀杆也撞到了工件。撞刀十分容易对主轴组件造成损坏。而且，对于设备制造商而言，由于无法实施检测客户工况，事后处理主轴损坏问题时，责任无法及时判定。

本申请阐述了一种加工中心的主轴组件，以在主轴组件10工作时产生撞刀时发出警报。加工中心是数控机床的一种，其备有刀库，具有自动换刀功能，能够对工件一次装夹后进行多工序加工。加工中心是高度机电一体化的产品，在加工过程中由程序自动选用和更换不同的刀具。加工中心还可以具有各种加工固定循环，刀具半径自动补偿，刀具长度自动补偿的功能。

主轴组件10是加工中心成形运动的不可或缺的部件之一，要求加工中心的主轴部件具有高的运转精度、长久的精度保持性以及长时间运行的精度稳定性。主轴组件10主要起支撑传动件和传动转矩的作用。在工作时由它带动工件直接参加表面成形运动，同时主轴组件10还保证工件对加工中心其他部件有正确的相对位置。

请参阅图1，图1揭露了本申请一实施例中主轴组件10的一种结构示意图。一种加工中心的主轴组件10可以包括：主轴箱100、转动设置于主轴箱100一侧且用于夹持刀具800的芯轴200、设置于主轴箱100一侧且用于对芯轴200进行固定的固定组件300、设置于固定组件300上且用于检测芯轴200转动产生的振动的振动传感器400、与振动传感器400电连接的控制器500、连接在主轴箱100另一侧且为芯轴200提供动力的动力组件600、连接在主轴箱100外侧且用于在主轴产生撞刀时发出警报的报警器700和连接在芯轴200一端且用于对工件进行切削的刀具800。控制器500可以根据加工中心主轴组件10的关机阈值与振动值的大小调节芯轴200的转动状态。

请参阅图2，图2揭露了本申请图1所示实施例中主轴组件10的另一种结构示意图。在一实施例中，主轴箱100可以包括第一箱体101、与第一箱体101连接的第二箱体102和设置于第一箱体101内壁的安装部103。其中，第一箱体101和第二箱体102均可以由灰铸铁、球墨铸铁或其他合适的材料制成，此处不做具体限定。第一箱体101可以用于芯轴200等主轴组件10的主要组成部分的安装。第一箱体101的形状大致可以是正方体，也可以是长方体和其他形状，此处不做具体限定。

在一实施例中，第二箱体102可以用于对整个主轴组件10的固定。第二箱体102可以通过螺丝连接在加工中心上，也可以通过其他的连接方式与加工中心连接固定，例如焊接、粘接、插接和卡接等方式，此处不做具体限定。第一箱体101和第二箱体102之间可以通过焊接、粘接等方式连接在一起。

在一实施例中，安装部103可以是正方形，也可以是圆柱形，此处不做具体限定。安装部103内可以开设有安装槽，用于固定组件300的安装。

在一实施例中，芯轴200可以由45碳素钢制成，也可以由40Cr合金钢、30碳素钢、Q255碳素钢或其他合适的材料制成，此处不做具体限定。芯轴200可以用于夹持刀具800，在不同的工序中可以替换不同的刀具800。芯轴200可以带动刀具800旋转，从而对工件进行加工。

在一实施例中，芯轴200可以贯穿主轴箱100，即芯轴200两端均可以穿过主轴箱100。在另外一个实施例中，芯轴200远离刀具800的一侧可以与主轴箱100内壁转动连接，芯轴200远离刀具800的一侧并不穿过主轴箱100。在一实施例中，芯轴200可以通过固定组件300与主轴箱100连接。

在一实施例中，固定组件300可以具有一个，且设置在芯轴200靠近刀具800的一侧。在另外一个实施例中，固定组件300可以设置有两个或三个。固定组件300可以设置在芯轴200远离刀具800的一侧，固定组件300也可以设置在芯轴200的中间，此处不做具体限定。

在一实施例中，固定组件300可以包括：连接于安装槽的主轴外套301和转动设置于主轴外套301上且与芯轴200过盈连接的轴承302。其中，主轴外套301可以是圆筒状结构。芯轴200在轴承302的作用下可以转动地设置在主轴外套301内。

在一实施例中，振动传感器400可以设置在主轴外套301上。由于轴承302直接与芯轴200接触，故将振动传感器400设置在主轴外套301上能够更好地检测芯轴200产生的振动。在另外一个实施例中，振动传感器400可以设置在安装部103或者第一箱体101内壁上，此处不做具体限定。振动传感器400可以是电感式振动传感器，也可以是电涡流式振动传感器、电容式振动传感器、电阻应变式振动传感器和压电式振动加速度传感器等，此处不做具体限定。

在一实施例中，控制器500可以安装在主轴箱100外侧。在另外一个实施例中，控制器500也可以安装在加工中心其他的部件上，此处不做具体限定。本申请可以设置有一个关机阈值，控制器500可以接收振动传感器400传递来的振动值，并实时将该振动值与关机阈值做对比。当振动值大于或等于关机阈值时，说明芯轴200产生的振动超过了可允许振动的范围。因此，控制器500向动力组件600发出信号，控制动力组件600关机，从而使得芯轴200不再继续转动。如此便可以减少客户不规范操作导致的本申请异常损坏。

具体地，当设备制造商在厂内对加工中心主轴组件10进行最大切削量测试时，控制器500会记录振动传感器400所检测的最大振动值，并将最大振动值的80％数值作为关机阈值。客户在使用过程，一旦出现达到关机阈值的振动量，则加工中心主轴组件10停止工作，防止主轴组件10损坏。同时将振动值记录下来，方便后期检查事故原因。便于后期对设备故障，特别是主轴损坏故障进行原因分析，判定事故责任。

请参阅图3，图3揭露了本申请图1所示实施例中主轴组件10的又一种结构示意图。在一实施例中，动力组件600可以包括：设置在主轴箱100上的电机601、设置在芯轴200一侧和电机601的输出端的传动带轮602和设置在两个传动带轮602之间的皮带603。

在一实施例中，电机601可以设置在第一箱体101的内部，也可以设置在第一箱体101的外部，此处不做具体限定。电机601可以是主轴电机601，也可以是伺服电机601、减速电机601和其他合适的电机601。电机601可以通过螺丝连接在主轴箱100上，也可以通过其他的连接方式与主轴箱100连接固定，例如焊接、粘接和卡接等方式。

在一实施例中，报警器700可以与控制器500电连接。报警器700可以是单体式警示灯，也可以是声光一体警示灯、组合式警示灯等，此处不做具体限定。报警器700可以设置在主轴箱100外侧。报警器700可以通过螺丝连接在主轴箱100上，也可以通过其他的连接方式与主轴箱100连接固定，例如焊接、粘接和卡接等方式。

具体地，振动传感器400可以检测芯轴200产生的振动值，并实时地将振动值传递至控制器500处。之后控制器500将振动值与本申请的关机阈值做对比，当振动值大于关机阈值时，则将电机601进行关机处理。同时控制器500还会发出信号至报警器700处，报警器700接收到信号后会向外界发出警报，提醒工作人员加工中心的主轴组件10发生异常，需要对主轴组件10进行排查。

在一实施例中，芯轴200上靠近刀具800的一侧可以设置有自动夹紧装置。刀具800可以通过自动夹紧装置固定在芯轴200上，并可以通过自动夹紧装置对刀具800进行更换。刀具800可以是高速钢刀具800，也可以是硬质合金刀具800、金刚石刀具800或陶瓷刀具800等，此处不做具体限定。刀具800可以是车刀，也可以是刨刀、铣刀、外表面拉刀和锉刀等。

在一实施例中，一种加工中心的主轴组件10还可以包括：设置于主轴箱100上的打刀缸900。打刀缸900与芯轴200同轴设置，用于辅助刀具800脱离芯轴200。打刀缸900可以通过螺丝连接在主轴箱100上，也可以通过其他的连接方式与主轴箱100连接固定，例如焊接、粘接和卡接等方式。

具体地，打刀缸900是一种增力气液转换装置，打刀缸900可以压缩空气作用于气缸活塞，产生推力，推动油缸活塞，使高于压缩空气数倍的油压作用于压杆，产生推力，实现机械装置的动作。打刀缸900可以帮助上下刀柄。在上刀柄时打刀缸900通过拉缸夹紧刀头，在下刀时，通过“吹气”的方式，将刀头松开，便于换刀。

接下来阐述一种加工中心主轴组件的控制方法，请参阅图4，图4揭露了本申请一实施例中加工中心主轴组件的控制方法的流程图。该控制方法可以包括：

S101：通过振动传感器获取加工中心主轴组件的芯轴在工作中产生的振动值。

在一实施例中，振动传感器400可以获取芯轴200产生的振动值。由于振动传感器400设置在主轴外套301上，当芯轴200在动力组件600的作用下转动时，芯轴200会带动整个主轴组件10进行轻微地振动，此时的振动传感器400检测到的振动值较小。主轴组件10在工作时，是通过芯轴200带动刀具800不断转动从而对工件进行加工。在这个加工过程中，若是产生撞刀，则会使得本申请的振动更加剧烈，此时产生的振动值更大。

S102：将振动值与加工中心主轴组件的关机阈值做对比。

在一实施例中，在加工中心主轴组件10出厂之前，设备制造商会对加工中心主轴组件10进行最大切削量测试，测试时，工作人员会记录振动传感器400最大振动值，将最大振动值的80％数值作为关机阈值。故需要将振动值与加工中心主轴组件10的关机阈值做对比。

S103：若振动值大于或等于加工中心主轴组件的关机阈值，则控制芯轴停止转动。

在一实施例中，在加工中心主轴组件10的运行过程中，若是实时的振动值大于或等于关机阈值，则说明可能产生了撞刀，导致振动值上升，此时便需要控制芯轴200不再转动，芯轴200也就不会带动刀具800转动，可以有效地保护芯轴200和轴承302。若实时的振动值小于关机阈值，则说明本申请处于正常的工作状态。

请参阅图5，图5揭露了本申请一实施例中步骤S102的步骤流程图。在步骤S102中可以包括：

S201：获取加工中心主轴组件在最大切削量测试时的最大振动值。

在一实施例中，在确定本申请的关机阈值时，设备制造商需要先对主轴组件10的最大切削量进行测试，从而检测到主轴组件10在最大切削量时产生的最大振动值。

S202：将最大振动值的80％数值作为加工中心主轴组件的关机阈值。

在一实施例中，在检测到主轴组件10允许的最大振动值后，工作人员将最大振动值的80％数值作为关机阈值。因为若是直接将最大振动值作为关机阈值的话，当主轴组件10的振动值多次接近最大振动值时，也容易对主轴组件10造成损伤。

请参阅图6，图6揭露了本申请一实施例中加工中心主轴组件的控制方法的整体流程图。具体步骤如下：

S301：通过振动传感器获取加工中心主轴组件的芯轴在工作中产生的振动值。

S302：获取加工中心主轴组件在最大切削量测试时的最大振动值。

S303：将最大振动值的80％数值作为加工中心主轴组件的关机阈值。

S304：判断振动值是否大于等于加工中心主轴组件的关机阈值，若振动值大于等于加工中心主轴组件的关机阈值，则执行S305，否则返回S301。

S305：控制芯轴停止转动。

接下来阐述一种用于控制加工中心的主轴组件的装置20，可应用于上述控制方法中。请参阅图7，图7为本申请一实施例中用于控制加工中心的主轴组件的装置的框架示意图。该主轴组件10可包括处理器21和存储器22。其中，存储器22存储有计算机程序，振动传感器400检测的振动值存储在存储器22中，计算机程序在被处理器21执行时，用于实现上述任一实施例中的控制方法。

具体地，处理器21控制该主轴组件10的操作，处理器21还可以称为CPU(CentralProceSSingUnit，中央处理单元)。处理器21可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。处理器21还可以是通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现成可编程门阵列(FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器21可以是微处理器或者该处理器21也可以是任何常规的处理器等。

存储器22用于存储处理器21执行的程序数据以及处理器21在处理过程中的数据，其中，该存储器22可包括非易失性存储部分，用于存储上述程序数据。在另一实施例中，该存储器22可仅作为处理器21的内存而缓存该处理器21处理过程中的数据，该程序数据实际存储于处理器21之外的设备中，处理器21通过与外部设备连接，通过调用外部存储的程序数据，以执行相应处理。

接下来阐述一种计算机可读存储介质30，请参阅图8，图8揭露了本申请一实施例中一种计算机可读存储介质30的框架示意图。此计算机可读存储介质30存储有计算机程序31，此计算机程序31被处理器21执行时实现上述控制方法。

该计算机可读存储介质30具体可以为U盘、移动硬盘、只读存储器22(ROM，Read－OnlyMemory)、随机存取存储器22(RAM，RandomAcceSSMemory)、磁碟或者光盘等可以存储程序指令的介质，或者也可以为存储有该程序指令的服务器，该服务器可将存储的程序指令发送给其他设备运行，或者也可以自运行该存储的程序指令。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种加工中心的主轴组件，其特征在于，包括：

主轴箱；

芯轴，转动设置于所述主轴箱，所述芯轴用于夹持刀具；

固定组件，设置于所述主轴箱，所述固定组件用于对所述芯轴进行固定；

振动传感器，设置于所述固定组件，用于检测所述芯轴产生的振动值；

控制器，所述控制器与所述振动传感器电连接，所述控制器根据主轴组件的关机阈值与所述振动值的大小调节所述芯轴的转动状态。

2.根据权利要求1所述的加工中心的主轴组件，其特征在于，所述固定组件包括：

主轴外套，设置于所述主轴箱，所述主轴外套套在所述芯轴上；

轴承，转动设置于所述主轴外套，所述轴承与所述芯轴过盈连接，所述振动传感器与所述轴承相邻。

3.根据权利要求2所述的加工中心的主轴组件，其特征在于，还包括动力组件，动力组件包括：

电机，设置于所述主轴箱；

传动带轮，所述芯轴远离所述轴承的一侧和所述电机的输出端均设置有传动带轮；

皮带，设置于所述传动带轮之间。

4.根据权利要求2所述的加工中心的主轴组件，其特征在于，所述振动传感器连接于所述主轴外套。

5.根据权利要求2所述的加工中心的主轴组件，其特征在于，所述芯轴靠近所述轴承的一侧设置有刀具，用于进行切削加工。

6.根据权利要求1所述的加工中心的主轴组件，其特征在于，还包括：

报警器，设置于所述主轴箱，所述报警器与所述控制器电连接，所述报警器用于在所述振动值大于所述关机阈值时发出警报。

7.一种加工中心主轴组件的控制方法，其特征在于，包括：

通过振动传感器获取加工中心主轴组件的芯轴在工作中产生的振动值；

将所述振动值与所述加工中心主轴组件的关机阈值做对比；

若所述振动值大于或等于所述加工中心主轴组件的关机阈值，则控制所述芯轴停止转动。

8.根据权利要求7所述的加工中心主轴组件的控制方法，其特征在于，所述将所述振动值与所述加工中心主轴组件的关机阈值做对比包括：

获取所述加工中心主轴组件在最大切削量测试时的最大振动值；

将所述最大振动值的80％数值作为所述加工中心主轴组件的关机阈值。

9.一种用于控制加工中心的主轴组件的装置，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器耦合所述存储器，振动传感器检测的振动值存储在所述存储器中，所述处理器在工作时执行所述计算机程序以实现如权利要求7-8中任意一项所述的加工中心主轴组件的控制方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被执行时，实现如权利要求7-8中任一项所述的控制方法。

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