CN115431099A - 一种基于主轴电流的铣刀盘磨损量实时计算与补偿方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于主轴电流的铣刀盘磨损量实时计算与补偿方法，其特征在于，首先基于数控系统的人机界面开发接口，开发出状态信息监控界面，读取数控机床的主轴电流信号，并绘制出相应的时域图；并对时域图进行小波分解，获取关于主轴电流的特征值，将其用于计算铣刀盘磨损量模型的建立；建立铣刀盘磨损量与主轴电流信号、进给量、主轴转速、进给速度之间的数学模型，将该模型编写到程序中，设置定时器实时计算铣刀盘磨损量并进行实时补偿；将铣刀盘磨损量转换为C轴的转动量，利用西门子840Dsl中的同步指令完成补偿，本发明解决了现有技术不能对铣刀盘磨损进行实时补偿的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床状态监测技术领域，具体地说一种基于主轴电流的铣刀盘磨损量实时计算与补偿方法。
背景技术
随着智能制造技术的不断发展，制造系统自动化程度越来越高，人的参与度逐渐减少。齿轮铣齿加工过程中，切削总时间长，刀具不断磨损。铣刀盘的磨损和破损是加工过程中常见的现象，轻者影响工件的加工精度，重者使得工件、机床损坏。铣刀盘磨损监测的方法有直接检测法和间接监测法，其中直接检测法需要停机，占用加工时间，间接检测法需安装相应的传感器，但是传感器的安装影响空间位置，可能会导致机床结构变动，大多用于理论研究。开发并拥有一套成熟的铣刀盘监测系统，可有效提高机床的加工效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于主轴电流的铣刀盘磨损量实时计算与补偿方法，通过监测机床在加工过程中的主轴电流信号，利用定时器实时计算铣刀盘磨损量，结合西门子840Dsl同步指令对铣刀盘的磨损量进行实时补偿。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：
一种基于主轴电流的铣刀盘磨损量实时计算与补偿方法，其特征在于，基于数控系统的人机界面开发接口，开发出状态信息监控界面，利用西门子hotlink功能实时读取数控机床的主轴电流信号，编程绘制时域图；对时域图进行小波分解，获取关于主轴电流的特征值，该特征值用于铣刀盘磨损量模型的建立；建立铣刀盘磨损量与主轴电流信号、进给量、主轴转速、进给速度之间的数学模型，将数学模型编写到程序中，利用定时器调用实时计算铣刀盘磨损量并进行补偿，将铣刀盘磨损量转换为C轴转动量，利用西门子840Dsl中的同步指令完成补偿，提高工件加工精度。
基于二次开发的数控人机界面，利用西门子二次开发包提供的C++的接口，进行软件的编写；通过西门子hotlink功能实时读取机床的主轴电流信号，编程实现在二次开发的界面上自动绘制出时域图。
对工件加工过程中的主轴电流信号进行小波分解，利用公式
求解均值，利用公式
求解方差，比较不同频段之间均值和方差的波动，将其选为主轴电流信号的特征值，该特征值可作为铣刀盘磨损量磨损计算的变量。
建立铣刀盘磨损量与主轴电流信号、进给量、主轴转速、进给速度之间的数学模型；其中铣刀盘磨损量为Y，因变量X,X＝[vf，ap，n，c1，c2]，其中vf，ap，n，c1，c2分别表示进给速度、切削量、主轴转速，主轴电流信号的特征值；实验选取进给速度为50mm/min～100mm/min，切削量为0.3mm～0.8mm，主轴转速1000r/min～1400r/min，铣刀盘磨损值由光学显微镜测量；利用最小二乘法对获取的样本进行拟合，设铣刀盘磨损量的预测模型为：Y＝X1vf cos ap+X2c1cos n+X3apcos c2+X4c1ap+X5c2vf。
程序内部设定定时器，通过定时器调用计算铣刀盘磨损量的数据模型，可不间断计算铣刀盘磨损量，将计算结果存入R参数；设置当磨损量达到预定义的极限时，发出警告，提醒更换铣刀盘。
监控存入铣刀盘磨损量的R参数，当R参数的值发生变化时，开始调用同步指令；同步指令结构为：WHEN(R参数变化)DO(C轴转动)，进而完成铣刀盘磨损量的补偿。
与现有技术相比，本发明有益效果如下：
本发明通过监测机床在加工过程中的主轴电流信号，利用定时器实时计算铣刀盘磨损量，结合西门子840Dsl同步指令对铣刀盘的磨损量进行实时补偿，解决了现有技术不能对铣刀盘磨损进行实时补偿的技术问题。
附图说明
图1为发明流程示意图；
图2为二次开发界面图。
具体实施方式
为阐明技术问题、技术方案、实施过程及性能展示，以下结合实施例，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。以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
实施例1
一种基于主轴电流的铣刀盘磨损量实时计算与补偿方法，其特征在于，基于数控系统的人机界面开发接口，开发出状态信息监控界面，利用西门子hotlink功能实时读取数控机床的主轴电流信号，编程绘制时域图；对时域图进行小波分解，获取关于主轴电流的特征值，该特征值用于铣刀盘磨损量模型的建立；建立铣刀盘磨损量与主轴电流信号、进给量、主轴转速、进给速度之间的数学模型，将数学模型编写到程序中，利用定时器调用实时计算铣刀盘磨损量并进行补偿，将铣刀盘磨损量转换为C轴转动量，利用西门子840Dsl中的同步指令完成补偿，提高工件加工精度。
基于二次开发的数控人机界面，利用西门子二次开发包提供的C++的接口，进行软件的编写；通过西门子hotlink功能实时读取机床的主轴电流信号，编程实现在二次开发的界面上自动绘制出时域图。
对工件加工过程中的主轴电流信号进行小波分解，利用公式
求解均值，利用公式
求解方差，比较不同频段之间均值和方差的波动，将其选为主轴电流信号的特征值，该特征值可作为铣刀盘磨损量磨损计算的变量。
建立铣刀盘磨损量与主轴电流信号、进给量、主轴转速、进给速度之间的数学模型；其中铣刀盘磨损量为Y，因变量X,X＝[vf，ap，n，c1，c2]，其中vf，ap，n，c1，c2分别表示进给速度、切削量、主轴转速，主轴电流信号的特征值；实验选取进给速度为50mm/min～100mm/min，切削量为0.3mm～0.8mm，主轴转速1000r/min～1400r/min，铣刀盘磨损值由光学显微镜测量；利用最小二乘法对获取的样本进行拟合，设铣刀盘磨损量的预测模型为：Y＝X1vf cos ap+X2c1cos n+X3apcos c2+X4c1ap+X5c2vf。
程序内部设定定时器，通过定时器调用计算铣刀盘磨损量的数据模型，可不间断计算铣刀盘磨损量，将计算结果存入R参数；设置当磨损量达到预定义的极限时，发出警告，提醒更换铣刀盘。
监控存入铣刀盘磨损量的R参数，当R参数的值发生变化时，开始调用同步指令；同步指令结构为：WHEN(R参数变化)DO(C轴转动)，进而完成铣刀盘磨损量的补偿。
具体实施时，本发明利用西门子数控系统二次开发平台，如图2所示，将主轴电流监控嵌入到西门子840Dsl数控系统，具有绘制主轴电流信号时域图，实时计算和补偿铣刀盘磨损量的功能。
进入软件后，点击图2中的电流读取按钮，在加工过程中即可获得主轴电流信号值，并将其值显示在下方的条形框中，实时记录；存储单位时间内的电流值绘制时域图。
对界面上显示的时域图在第三方软件中进行数据处理，利用公式
求解均值，
求解方差，信号均值的大小可以反映加工状态的改变；利用小波分解提取主轴电流信号的特征值，该特征值可作为铣刀盘磨损量磨损计算的变量。
进行实验样本的获取，样本获取后进行归一化处理，利用最小二乘法求解铣刀盘磨损量与主轴电流信号、进给量、主轴转速、进给速度之间的数学模型。实验选取进给速度为50mm/min～100mm/min，切削量为0.3mm～0.8mm，主轴转速1000r/min～1400r/min，铣刀盘磨损值由光学显微镜测量。利用最小二乘法拟合得铣刀盘磨损量的预测模型为：Y＝0.001×vf cos ap+0.013×c1cos n-0.062apcos c2-0.118c1ap+1.856×e-5c2vf。
将数学模型编写进软件内部，通过图2所示的按钮铣刀盘磨损量即可计算，并将其显示在界面上，同时写入R参数中。
对铣刀盘磨损量的补偿是利用西门子中的同步指令进行补偿。同步指令实际上就是可以跟其它G指令同步执行的特殊程序段。监控存入铣刀盘磨损量的R参数，当R参数的值发生变化时，开始调用同步指。同步指令结构为：WHEN(R参数变化)DO(C轴转动)，进而完成铣刀盘磨损量的补偿。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种基于主轴电流的铣刀盘磨损量实时计算与补偿方法，其特征在于，基于数控系统的人机界面开发接口，开发出状态信息监控界面，利用西门子hotlink功能实时读取数控机床的主轴电流信号，编程绘制时域图；对时域图进行小波分解，获取关于主轴电流的特征值，该特征值用于铣刀盘磨损量模型的建立；建立铣刀盘磨损量与主轴电流信号、进给量、主轴转速、进给速度之间的数学模型，将数学模型编写到程序中，利用定时器调用实时计算铣刀盘磨损量并进行补偿，将铣刀盘磨损量转换为C轴转动量，利用西门子840Dsl中的同步指令完成补偿，提高工件加工精度。
2.根据权利要求1所述的基于主轴电流的铣刀盘磨损量实时计算与补偿方法，其特征在于，利用西门子二次开发包提供的C++接口，进行状态信息监控界面的编写；同时利用西门子hotlink功能进行主轴电流信号的获取；在加工机械零件过程中，监测主轴电流信息，绘制单位时间内的主轴电流图，即时域图。
3.根据权利要求1所述的基于主轴电流的铣刀盘磨损量实时计算与补偿方法，其特征在于，主轴电流信号反映主轴负载的状态信息，对所得时域图进行处理，利用小波分解进行信号特征的提取，将原信号分解到不同层次的频带中；求解主轴电流信号在各个频段的均方值和方差；选择频段波动较大的均方值和方差作为特征值，该特征值可用于铣刀盘磨损量模型的建立。
4.根据权利要求1所述的基于主轴电流的铣刀盘磨损量实时计算与补偿方法，其特征在于，建立铣刀盘磨损量与主轴电流信号、进给量、主轴转速、进给速度之间的数学模型；其中铣刀盘磨损量为Y，因变量X，X＝[vf，ap，n，c1，c2]，其中vf，ap，n，c1，c2分别表示进给速度、切削量、主轴转速，主轴电流信号的特征值；实验选取进给速度为50mm/min～100mm/min，切削量为0.3mm～0.8mm，主轴转速1000r/min～1400r/min，铣刀盘磨损值由光学显微镜测量；利用最小二乘法对获取的样本进行拟合，设铣刀盘磨损量的预测模型为：Y＝X1vfcosap+X2c1cosn+X3apcosc2+X4c1ap+X5c2vf。
5.根据权利要求1所述的基于主轴电流的铣刀盘磨损量实时计算与补偿方法，其特征在于，程序内部设定定时器，通过定时器调用计算铣刀盘磨损量的数据模型，可不间断计算铣刀盘磨损量，将计算结果存入R参数；设置当磨损量达到预定义的极限时，发出警告，提醒更换铣刀盘。
6.根据权利要求1所述的基于主轴电流的铣刀盘磨损量实时计算与补偿方法，其特征在于，监控存入铣刀盘磨损量的R参数，当R参数的值发生变化时，开始调用同步指令；同步指令结构为：WHEN(R参数变化)DO(C轴转动)，进而完成铣刀盘磨损量的补偿。
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