CN116852174B - 一种数控机床的监测方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及数字控制技术领域，公开了一种数控机床的监测方法、装置和系统，基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整；初始状态下标识和阈值的对应关系基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置。获取振动传感器当前传输的振动数据；接收数控机床PLC传输的加工模式标识；从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与加工模式标识匹配的目标阈值；在当前传输的振动数据的绝对值大于目标阈值时，向数控机床PLC下发报警指令，以便于数控机床PLC接收到报警指令后执行停机操作。整个实现过程可以自动化完成，提升了发现数控机床异常状态的及时性。

Description

一种数控机床的监测方法、装置和系统

技术领域

本申请涉及数字控制技术领域，特别是涉及一种数控机床的监测方法、装置和系统。

背景技术

数控机床在加工过程中，可能出现断刀，撞击等异常状况，如果不能及时停止机床运行，则会造成加工件报废、机床主轴受损或者直线轴变形等情况。

数控机床是复杂、精密的系统，对其进行状态检测和故障诊断也是个复杂的系统工程。目前数控机床的状态检测一方面依赖于人工实现，通过工作人员对数控机床的运行状态进行巡检，发现数控机床出现异常状况时，控制数控机床停止运行。但是人工巡检的方式，其及时性较差，往往无法及时发现数控机床的异常状况，从而导致严重的后果。另一方面，目前数控机床监测系统收集处理的数据信号较多，导致异常状况的判断响应速度较慢。并且数控机床在加工过程所使用刀具的不同，其产生的异常状况会存在差异，因此每更换一次刀具都需要针对该刀具调整相匹配的参数，整个实现过程需要花费较多的时间，导致异常状况检测的整体效率偏低。

可见，如何及时发现数控机床的异常状态，是本领域技术人员需要解决的问题。

发明内容

本申请实施例的目的是提供一种数控机床的监测方法、装置和系统，可以及时发现数控机床的异常状态。

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种数控机床的监测方法，包括：

基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整；其中，初始状态下标识和阈值的对应关系基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置；

获取振动传感器当前传输的振动数据；

接收数控机床PLC传输的加工模式标识；

从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与所述加工模式标识匹配的目标阈值；

在所述当前传输的振动数据的绝对值大于所述目标阈值的情况下，向所述数控机床PLC下发报警指令，以便于所述数控机床PLC接收到所述报警指令后执行停机操作。

可选地，在所述振动传感器为三轴加速度振动传感器的情况下；所述振动数据包括X轴振动加速度值、Y轴振动加速度值和Z轴振动加速度值；

相应的，在所述当前传输的振动数据的绝对值大于所述目标阈值的情况下，向所述数控机床PLC下发报警指令包括：

在所述X轴振动加速度值、所述Y轴振动加速度值或所述Z轴振动加速度值的绝对值大于其对应的目标阈值的情况下，向所述数控机床PLC下发报警指令。

可选地，所述基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整包括：

在数控机床处于第一加工模式的情况下，接收振动传感器传输的第一振动数据；接收数控机床PLC传输的第一加工模式标识；其中，所述第一加工模式为所有加工模式中的任意一种加工模式；

从初始设定的标识和阈值的对应关系中，确定出与所述第一加工模式标识匹配的第一阈值；

判断所述第一振动数据的绝对值是否大于所述第一阈值；

在所述第一振动数据的绝对值小于或等于所述第一阈值的情况下，保留所述对应关系中所述第一加工模式标识所对应的第一阈值；

在所述第一振动数据的绝对值大于所述第一阈值的情况下，基于所述第一振动数据的绝对值以及设定的调节系数，更新所述对应关系中所述第一加工模式标识所对应的第一阈值，直至完成对所述数控机床所有加工模式下加工模式标识所对应的阈值的更新，则结束标识和阈值的对应关系的设置过程。

可选地，在所述基于所述第一振动数据的绝对值以及设定的调节系数，更新所述对应关系中所述第一加工模式标识所对应的第一阈值之后，还包括：

判断执行所述判断所述第一振动数据的绝对值是否大于所述第一阈值的步骤的次数是否达到预设次数；

在执行所述判断所述第一振动数据的绝对值是否大于所述第一阈值的步骤的次数未达到预设次数的情况下，则返回所述在数控机床处于第一加工模式的情况下，接收振动传感器传输的第一振动数据；接收数控机床PLC传输的第一加工模式标识的步骤；

在执行所述判断所述第一振动数据的绝对值是否大于所述第一阈值的步骤的次数达到预设次数的情况下，则判断所有加工模式是否遍历完毕；

在所有加工模式未遍历完毕的情况下，在接收到数控机床切换为第二加工模式的提示信息的情况下，执行第二加工模式对应阈值的更新。

可选地，所述基于所述第一振动数据的绝对值以及设定的调节系数，更新所述对应关系中所述第一加工模式标识所对应的第一阈值包括：

计算所述第一振动数据的绝对值与设定的调节系数的乘积值；

将所述乘积值作为所述对应关系中所述第一加工模式标识所对应的第一阈值。

可选地，所述接收数控机床PLC传输的加工模式标识包括：

接收所述数控机床PLC读取数控程序所获取的加工模式编号；其中，不同加工模式对应不同的加工模式编号。

可选地，还包括：

在数控机床未处于加工模式的情况下，判断当前获取的振动数据的绝对值是否大于设定的安全数值；

在当前获取的振动数据的绝对值大于设定的安全数值的情况下，向所述数控机床PLC下发报警指令，以便于所述数控机床PLC接收到所述报警指令后执行停机操作。

本申请实施例还提供了一种数控机床的监测装置，包括调整单元、数据获取单元、标识接收单元、阈值确定单元和报警单元；

所述调整单元，用于基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整；其中，初始状态下标识和阈值的对应关系基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置；

所述数据获取单元，用于获取振动传感器当前传输的振动数据；

所述标识接收单元，用于接收数控机床PLC传输的加工模式标识；

所述阈值确定单元，用于从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与所述加工模式标识匹配的目标阈值；

所述报警单元，用于在所述当前传输的振动数据的绝对值大于所述目标阈值的情况下，向所述数控机床PLC下发报警指令，以便于所述数控机床PLC接收到所述报警指令后执行停机操作。

本申请实施了还提供了一种数控机床的监测系统，包括振动传感器和控制板卡；其中，所述振动传感器设置于数控机床主轴所在的铸件上；

所述振动传感器与所述控制板卡连接，用于采集数控机床加工过程产生的振动数据；并将所述振动数据传输至所述控制板卡；

所述控制板卡与数控机床PLC连接，用于基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整；其中，初始状态下标识和阈值的对应关系基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置；接收所述振动传感器当前传输的振动数据；接收所述数控机床PLC传输的加工模式标识；从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与所述加工模式标识匹配的目标阈值；在所述当前传输的振动数据的绝对值大于所述目标阈值的情况下，向所述数控机床PLC下发报警指令，以便于所述数控机床PLC接收到所述报警指令后执行停机操作。

可选地，所述控制板卡包括存储器，用于记录不同加工模式下加工模式标识及其对应的阈值，以及向所述数控机床PLC下发报警指令所对应的报警日志；

所述控制板卡包括用于实现所述控制板卡IP地址恢复的按键；

所述控制板卡包括用于实现与上位机通信的IO模块，以便于所述上位机基于所述IO模块实现对所述控制板卡的访问控制。

由上述技术方案可以看出，基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整；其中，初始状态下标识和阈值的对应关系基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置。获取振动传感器当前传输的振动数据；接收数控机床PLC传输的加工模式标识；从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与加工模式标识匹配的目标阈值；在当前传输的振动数据的绝对值大于目标阈值的情况下，说明数控机床出现了异常状况，此时可以向数控机床PLC下发报警指令，以便于数控机床PLC接收到报警指令后执行停机操作。在该技术方案中，通过调整对应关系中的阈值，可以使得阈值的取值更加贴合数控机床当前正常运行的情况。在获取到加工模式标识时可以从调整后的标识和阈值的对应关系中确定出匹配的目标阈值，基于该目标阈值对当前传输的振动数据进行评估，能够及时发现数控机床的异常状态，数控机床运行状况监测的整个实现过程可以自动化完成，提升了发现数控机床异常状态的及时性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，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。

图1为本申请实施例提供的一种数控机床的监测方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的一种设置标识和阈值对应关系的方法的流程图；

图3为本申请实施例提供的一种阈值更新的方法的流程图；

图4为本申请实施例提供的一种数控机床的监测装置的结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种数控机床的监测系统的结构示意图；

图6为本申请实施例提供的一种控制板卡与外部设备交互的结构示意图。

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，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。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，都属于本申请保护范围。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”，以及与“包括”和“具有”相关的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

接下来，详细介绍本申请实施例所提供的一种数控机床的监测方法。图1为本申请实施例提供的一种数控机床的监测方法的流程图，该方法包括：

S101：基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整。

其中，初始状态下标识和阈值的对应关系基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置。

在实际应用中，可以在数控机床的Z轴立柱铸件上，向下靠近刀具的位置处部署振动传感器，以保证采集的振动数据的精准性。

振动数据可以用于反映数控机床的工作状态。为了便于后续自动化评估数控机床加工过程中的状态，可以预先采集数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据。

振动数据是以数值的形式呈现，在初始状态下，可以将数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据作为阈值，不同加工模式可以采用加工模式标识进行区分，从而建立标识的和阈值的对应关系。控制板卡可以预先记录标识的和阈值的对应关系。其中，标识指的是不同加工模式各自对应的加工模式标识。

S102：获取振动传感器当前传输的振动数据。

在本申请实施例中，可以通过在数控机床上部署振动传感器来获取数控机床的振动数据。

振动数据的形式可以多种多样，例如可以为振动加速度数据、振动速度或者振动位移等。

对于振动加速度数据而言，可以采用振动加速度传感器采集数控机床加工模式下的振动加速度数据。在此基础上，也可以将数控机床加工时的振动加速度数据保存下来，采用傅里叶变换得到频域上的数据，依据频域上的数据去判断数控机床可能存在的异常情况。

对于振动速度和振动位移而言，可以采用振动加速度传感器采集数控机床加工模式下的振动加速度数据，然后对振动加速度数据进行运算得到振动速度或振动位移。除此之外，也可以在数控机床上部署速度传感器来直接获取振动数据，或者部署位移传感器来直接获取振动位移。

振动传感器可以将采集到的振动数据上传到控制板卡，以便于控制板卡进行数据的处理。在实际应用中，控制板卡可以将当前传输的振动数据作为最新评估数控机床加工状态的依据。

S103：接收数控机床PLC传输的加工模式标识。

数控机床加工工件过程中，可认为只要加工参数不同，加工角度不同，使用刀具不同，或者加工件材质不同，均可认为是不同的加工模式。其中，加工参数可以包含但不限于主轴转速、进给速度等。刀具的不同可以包括刀具的种类、材质、直径等不同。

针对于不同的加工模式可以设置不同的加工模式标识，以便于可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）和控制板卡能够区分当前的加工模式。

加工模式标识的形式可以多种多样，能够用于区分不同的加工模即可。例如，加工模式标识可以采用数字编号的形式，针对于每种加工模式设置对应的一个加工模式编号。

在实际应用中，数控机床通过PLC读取数控程序以获取当前加工模式对应的加工模式编号。在进行加工时，数控机床可以将加工模式编号通过PLC传递给控制板卡，以便于控制板卡获知当前的加工模式。

S104：从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与加工模式标识匹配的目标阈值。

控制板卡在获取到加工模式标识后，可以从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与加工模式标识匹配的阈值。为了便于区分，可以将与加工模式标识匹配的阈值称作目标阈值。

S105：在当前传输的振动数据的绝对值大于目标阈值的情况下，向数控机床PLC下发报警指令，以便于数控机床PLC接收到报警指令后执行停机操作。

振动数据具有方向性，因此在判断振动数据与阈值的大小关系时，需要取振动数据的绝对值。

在当前传输的振动数据的绝对值大于目标阈值的情况下，说明数控机床加工工件过程中出现了异常，为了避免异常状况造成机床或者工件的损坏，此时控制板卡可以向数控机床PLC下发报警指令，以便于数控机床PLC接收到报警指令后执行停机操作。

由上述技术方案可以看出，基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整；其中，初始状态下标识和阈值的对应关系基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置。获取振动传感器当前传输的振动数据；接收数控机床PLC传输的加工模式标识；从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与加工模式标识匹配的目标阈值；在当前传输的振动数据的绝对值大于目标阈值的情况下，说明数控机床出现了异常状况，此时可以向数控机床PLC下发报警指令，以便于数控机床PLC接收到报警指令后执行停机操作。在该技术方案中，通过调整对应关系中的阈值，可以使得阈值的取值更加贴合数控机床当前正常运行的情况。在获取到加工模式标识时可以从调整后的标识和阈值的对应关系中确定出匹配的目标阈值，基于该目标阈值对当前传输的振动数据进行评估，能够及时发现数控机床的异常状态，数控机床运行状况监测的整个实现过程可以自动化完成，提升了发现数控机床异常状态的及时性。

在本申请实施例中，振动传感器可以采用三轴加速度振动传感器，振动数据包括X轴振动加速度值、Y轴振动加速度值和Z轴振动加速度值；

只要任意一个轴向的数据出现异常，说明数控机床加工工件过程中出现了问题，为避免问题造成严重后果需要控制数控机床停止运行。

为了便于区分，可以将当前加工模式所对应的阈值称作目标阈值。在X轴振动加速度值、Y轴振动加速度值或Z轴振动加速度值的绝对值大于其对应的目标阈值的情况下，向数控机床PLC下发报警指令。

需要说明的是，X轴振动加速度值、Y轴振动加速度值和Z轴振动加速度值所对应的阈值可以为相同的数值，也可以为不同的数值。对于各轴所对应的阈值可以基于实际需求灵活设置，在此不做限定。

在本申请实施例中，基于实际的应用需求，可以将控制板卡的工作划分为两个阶段，第一阶段控制板卡处于学习模式，用于确定不同加工模式所对应的阈值。第二阶段控制板卡处于监控模式，用于监测数控机床是否存在异常状况。

在本申请实施例中，为了有效的实现对不同加工模式下数控机床运行状态的精准检测，针对不同加工模式可以设置其各自对应的阈值。接下来，将对各加工模式下阈值的设置过程展开介绍。

图2为本申请实施例提供的一种设置标识和阈值对应关系的方法的流程图，方法包括：

S201：在数控机床处于第一加工模式的情况下，接收振动传感器传输的第一振动数据。

在本申请实施例中，可以依次针对于不同的加工模式确定其对应的阈值。在初始状态下，可以针对不同加工模式设置其对应的初始阈值，然后利用每种加工模式下数控机床产生的振动数据对初始阈值进行更新，从而得到更加贴合加工模式的阈值。

每种加工模式的阈值确定方式类似，在本申请实施例中以第一加工模式为例展开介绍。第一加工模式可以为所有加工模式中的任意一种加工模式。

在实际应用中，可以将数控机床设置为第一加工模式，在第一加工模式下，振动传感器可以采集第一加工模式下数控机床产生的振动数据，为了便于和其它加工模式下产生的振动数据相区分，可以将第一加工模式下产生的振动数据称作第一振动数据。

振动传感器可以将采集的第一振动数据传输至控制板卡。

S202：接收数控机床PLC传输的第一加工模式标识。

数控机床PLC可以在检测到数控机床处于第一加工模式时，将第一加工模式对应的第一加工模式标识传输给控制板卡。

S203：从初始设定的标识和阈值的对应关系中，确定出与第一加工模式标识匹配的第一阈值。

控制板卡内部预先存储了初始设定的标识和阈值的对应关系，控制板卡获取到第一加工模式标识后，可以基于该对应关系确定出第一加工模式标识对应的第一阈值。

S204：判断第一振动数据的绝对值是否大于第一阈值。

按照S203的方式所确定出的第一阈值为初始阈值，其准确性可能并不高，因此可以依据当前获取的第一振动数据对第一阈值进行评估。

在第一振动数据的绝对值小于或等于第一阈值的情况下，说明第一阈值可以准确反映出第一加工模式下数控机床正常运行的情况，此时可以执行S205；在第一振动数据的绝对值大于第一阈值的情况下，说明当前的第一阈值无法准确反映出第一加工模式下数控机床正常运行的情况，此时可以对第一阈值进行更新，即执行S206。

S205：保留对应关系中第一加工模式标识所对应的第一阈值。

在第一振动数据的绝对值小于或等于第一阈值的情况下，可以保留对应关系中第一加工模式标识所对应的第一阈值。

S206：基于第一振动数据的绝对值以及设定的调节系数，更新对应关系中第一加工模式标识所对应的第一阈值，直至完成对数控机床所有加工模式下加工模式标识所对应的阈值的更新，则结束标识和阈值的对应关系的设置过程。

在第一振动数据的绝对值大于第一阈值的情况下，可以按照设定的调节系数对第一振动数据的绝对值进行调整，从而得到新的第一阈值。

调节系数的取值可以由多次异常加工试验数据获得，调节系数的数值可以在1.5到2.5之间。

在具体实现中，可以计算第一振动数据的绝对值与设定的调节系数的乘积值。将乘积值作为对应关系中第一加工模式标识所对应的第一阈值。

图3为本申请实施例提供的一种阈值更新的方法的流程图，图3中以任意一种加工模式下阈值的更新为例，每种加工模式对应的阈值均可以存储在非易失性内存（FLASH）模块。振动数据包括X轴振动加速度值、Y轴振动加速度值和Z轴振动加速度值，振动数据可以采用（X1，Y1，Z1）表示，阈值可以采用（Xa，Ya，Za）表示。

在获取到振动数据后，可以对振动数据取绝对值，可以将（X1，Y1，Z1）的绝对值表示为（X2，Y2，Z2）。从FLASH中获取当前加工模式对应的阈值（Xa，Ya，Za）。判断X2≤Xa，Y2≤Ya且Z2≤Za是否同时成立。在X2≤Xa，Y2≤Ya且Z2≤Za同时成立时，仍保留FLASH中当前加工模式对应的阈值（Xa，Ya，Za），也即该种情况下无需做额外处理。在X2>Xa的情况下，对Xa进行更新，令Xa= X2*N；在X2≤Xa的情况下，保持Xa不变；在Y2>Ya的情况下，对Ya进行更新，令Ya= Y2*N；在Y2≤Ya的情况下，保持Ya不变；在Z2>Za的情况下，对Za进行更新，令Za= Z2*N；在Z2≤Za的情况下，保持Za不变。N表示调节系数，其数值可以在1.5到2.5之间。按照上述处理流程，可以得到更新后的阈值，此时可以将更新后的阈值替换原本的阈值保存到FLASH中。

阈值的更新需要依赖于当前获取的振动数据，考虑到实际应用中，受外在因素的影响可能会出现振动传感器采集的振动数据不准确的情况，因此为了提升阈值的准确性，在本申请实施例中，可以对上述S201至S206的操作重复多次执行，从而最终确定出每种加工模式所对应的阈值。

在具体实现中，可以在基于第一振动数据的绝对值以及设定的调节系数，更新对应关系中第一加工模式标识所对应的第一阈值之后，判断执行判断第一振动数据的绝对值是否大于第一阈值的步骤的次数是否达到预设次数。

其中，预设次数的取值可以基于实际需求灵活设置，例如，可以设置为3，即针对于每种加工模式，重复执行行S201至S206的操作3次，将第3次确定出的阈值作为该加工模式最终对应的阈值，记录在控制板卡中。

在执行判断第一振动数据的绝对值是否大于第一阈值的步骤的次数未达到预设次数的情况下，说明重复次数还未达到要求，此时可以返回在数控机床处于第一加工模式的情况下，接收振动传感器传输的第一振动数据；接收数控机床PLC传输的第一加工模式标识的步骤，即再次重复执行S201至S206的操作。

在执行判断第一振动数据的绝对值是否大于第一阈值的步骤的次数达到预设次数的情况下，说明重复次数已经达到要求，可以将当前所确定的第一阈值作为第一加工模式最终对应的第一阈值，在该情况下可以进一步判断所有加工模式是否遍历完毕。

在所有加工模式未遍历完毕的情况下，可以在接收到数控机床切换为第二加工模式的提示信息的情况下，执行第二加工模式对应阈值的更新，依次类推直至完成所有加工模式下阈值的更新则结束操作。

在本申请实施例中，通过基于实际采集的振动数据对初始阈值进行更新，保证了确定出的阈值更加贴合数控机床在加工模式下的实际运行状况。并且通过多次的重复判断，降低了振动数据不稳定造成的影响，提升了阈值的准确性。

数控机床除了处于加工模式外，还存在其它模式，为了实现对数控机床的全面监控，可以针对于其它模式设置安全数值。在数控机床未处于加工模式的情况下，判断当前获取的振动数据的绝对值是否大于设定的安全数值。

在当前获取的振动数据的绝对值大于设定的安全数值的情况下，说明数控机床存在异常，此时可以向数控机床PLC下发报警指令，以便于数控机床PLC接收到报警指令后执行停机操作。

安全数值的设置可以基于数控机床设备的直线轴加速度参数来设置，将直线轴加速度参数乘以设定好的系数作为安全数值。

安全数值可以作为最为基础的、安全的阈值设定，可以用来保护数控机床在非加工模式下快速点位运动时直接撞机的情况。振动数据的绝对值在安全数值之内，可以保护所有类型的刀具，避免撞刀。

图4为本申请实施例提供的一种数控机床的监测装置的结构示意图，包括调整单元41、数据获取单元42、标识接收单元43、阈值确定单元44和报警单元45；

调整单元41，用于基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整；其中，初始状态下标识和阈值的对应关系基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置；

数据获取单元42，用于获取振动传感器当前传输的振动数据；

标识接收单元43，用于接收数控机床PLC传输的加工模式标识；

阈值确定单元44，用于从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与加工模式标识匹配的目标阈值；

报警单元45，用于在当前传输的振动数据的绝对值大于目标阈值的情况下，向数控机床PLC下发报警指令，以便于数控机床PLC接收到报警指令后执行停机操作。

可选地，在振动传感器为三轴加速度振动传感器的情况下；振动数据包括X轴振动加速度值、Y轴振动加速度值和Z轴振动加速度值；

相应的，报警单元用于在X轴振动加速度值、Y轴振动加速度值或Z轴振动加速度值的绝对值大于其对应的目标阈值的情况下，向数控机床PLC下发报警指令。

可选地，调整单元包括接收子单元、确定子单元、判断子单元、保留子单元和更新子单元；

接收子单元，用于在数控机床处于第一加工模式的情况下，接收振动传感器传输的第一振动数据；接收数控机床PLC传输的第一加工模式标识；其中，第一加工模式为所有加工模式中的任意一种加工模式；

确定子单元，用于从初始设定的标识和阈值的对应关系中，确定出与第一加工模式标识匹配的第一阈值；

判断子单元，用于判断第一振动数据的绝对值是否大于第一阈值；

保留子单元，用于在第一振动数据的绝对值小于或等于第一阈值的情况下，保留对应关系中第一加工模式标识所对应的第一阈值；

更新子单元，用于在第一振动数据的绝对值大于第一阈值的情况下，基于第一振动数据的绝对值以及设定的调节系数，更新对应关系中第一加工模式标识所对应的第一阈值，直至完成对数控机床所有加工模式下加工模式标识所对应的阈值的更新，则结束标识和阈值的对应关系的设置过程。

可选地，还包括次数判断单元、模式判断单元和执行单元；

次数判断单元，用于判断执行判断第一振动数据的绝对值是否大于第一阈值的步骤的次数是否达到预设次数；在执行判断第一振动数据的绝对值是否大于第一阈值的步骤的次数未达到预设次数的情况下，则触发接收单元执行在数控机床处于第一加工模式的情况下，接收振动传感器传输的第一振动数据；接收数控机床PLC传输的第一加工模式标识的步骤；

模式判断单元，用于在执行判断第一振动数据的绝对值是否大于第一阈值的步骤的次数达到预设次数的情况下，则判断所有加工模式是否遍历完毕；

执行单元，用于在所有加工模式未遍历完毕的情况下，在接收到数控机床切换为第二加工模式的提示信息的情况下，执行第二加工模式对应阈值的更新。

可选地，更新子单元用于计算第一振动数据的绝对值与设定的调节系数的乘积值；

将乘积值作为对应关系中第一加工模式标识所对应的第一阈值。

可选地，标识接收单元用于接收数控机床PLC读取数控程序所获取的加工模式编号；其中，不同加工模式对应不同的加工模式编号。

可选地，还包括安全判断单元；

安全判断单元，用于在数控机床未处于加工模式的情况下，判断当前获取的振动数据的绝对值是否大于设定的安全数值；

在当前获取的振动数据的绝对值大于设定的安全数值的情况下，触发报警单元向数控机床PLC下发报警指令，以便于数控机床PLC接收到报警指令后执行停机操作。

图4所对应实施例中特征的说明可以参见图1和图2所对应实施例的相关说明，这里不再一一赘述。

由上述技术方案可以看出，基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整；其中，初始状态下标识和阈值的对应关系基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置。获取振动传感器当前传输的振动数据；接收数控机床PLC传输的加工模式标识；从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与加工模式标识匹配的目标阈值；在当前传输的振动数据的绝对值大于目标阈值的情况下，说明数控机床出现了异常状况，此时可以向数控机床PLC下发报警指令，以便于数控机床PLC接收到报警指令后执行停机操作。在该技术方案中，通过调整对应关系中的阈值，可以使得阈值的取值更加贴合数控机床当前正常运行的情况。在获取到加工模式标识时可以从调整后的标识和阈值的对应关系中确定出匹配的目标阈值，基于该目标阈值对当前传输的振动数据进行评估，能够及时发现数控机床的异常状态，数控机床运行状况监测的整个实现过程可以自动化完成，提升了发现数控机床异常状态的及时性。

图5为本申请实施例提供的一种数控机床的监测系统的结构示意图，包括振动传感器51和控制板卡52；其中，振动传感器51设置于数控机床主轴所在的铸件上。

振动传感器51与控制板卡52连接，用于采集数控机床加工过程产生的振动数据；并将振动数据传输至控制板卡52。

控制板卡52与数控机床PLC连接，用于基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整；其中，初始状态下标识和阈值的对应关系基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置；接收振动传感器51当前传输的振动数据；接收数控机床PLC传输的加工模式标识；从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与加工模式标识匹配的目标阈值；在当前传输的振动数据的绝对值大于目标阈值的情况下，向数控机床PLC下发报警指令，以便于数控机床PLC接收到报警指令后执行停机操作；其中，运行条件基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置。

为了便于管理人员通过上位机了解数控机床的运行状态，可以在控制板卡52上设置用于实现与上位机通信的IO模块，以便于上位机基于IO模块实现对控制板卡52的访问控制。

在实际应用中，可以在控制板卡52中设置存储器，用于记录不同加工模式下加工模式标识及其对应的阈值，以及向数控机床PLC下发报警指令所对应的报警日志。存储器可以为非易失性内存。

控制板卡可以通过网线将数据传给上位机的上位软件，该实现过程需要控制板卡有一个IP地址，在控制板卡中会存在一个默认的IP地址。

在操作方使用时，有时需要更改IP地址，在上位软件中提供了更改IP的功能。但有时会存在上位软件更改完IP地址后可能会忘记，这就需要控制板卡具有恢复默认IP地址的功能，因此在控制板卡52中可以包括用于实现控制板卡IP地址恢复的按键。

用户通过长按控制板卡这一按键即可实现IP地址恢复默认，实现了将控制板卡恢复默认IP地址的功能。

基于控制板卡52所需实现的功能，控制板卡可以包括电源电路模块，处理器（Central Processing Unit，CPU）模块，非易失性内存（FLASH）模块，控制器局域网络（Controller Area Network，CAN）通信模块，按键输入模块，以太网模块和输入/输出（Input/Output，IO）模块。

图6为本申请实施例提供的一种控制板卡与外部设备交互的结构示意图，控制板卡可以包括电源电路模块、处理器模块、FLASH模块、CAN通信模块、以太网模块、IO模块、按键输入模块。按键输入模块用来实现控制板卡的IP地址恢复默认的功能，按键输入模块可以设置在用户方便操作的位置，图6中未示出按键输入模块。

电源电路模块分别与处理器模块、FLASH模块、CAN通信模块、按键输入模块、以太网模块及IO模块连接，用于为其提供工作所需电源。电源电路模块可以包括直流（DirectCurrent，DC）24V电源输入即DC24V电源输入，DC24V转5V电源模块和DC5V转3.3V电源模块。

处理器模块分别与FLASH模块、CAN通信模块、按键输入模块、以太网模块及IO模块相连接，用于实现上述系统的总体功能。

FLASH模块用于存储不同加工模式下对应的阈值和报警日志。处理器模块可以通过串行外设接口（Serial Peripheral Interface，SPI）实现与FLASH模块的连接。

在控制板卡上设置有实时时钟模块（RTC），用于向处理器模块提供运行的频率。处理器模块可以通过通用输入输出接口（General-purpose input/output，GPIO）与RTC时钟模块连接。

CAN通信模块连接了处理器模块和振动传感器，用于实现将振动传感器采集的振动数据上传至处理器模块的功能。处理器模块可以通过CAN通信接口实现与CAN通信模块的连接。CAN通信模块可以通过接口端子与振动传感器的连接。

处理器模块通过以太网模块实现与上位机的连接，以太网模块用于实现上位软件对控制板卡的参数配置，报警日志访问，实时数据读取和记录，工作模式切换、报警复位，IP地址设置等功能。处理器模块可以通过SPI接口实现与以太网模块的连接，以太网模块可以通过网线接口（Registered Jack 45，RJ45）即RJ45接口实现与上位机的上位软件通信。

控制板卡在监测到数控机床出现异常时会持续输出报警信号，当管理人员通过上位机获知该报警信号后，可以对控制板卡进行报警复位，以使得控制板卡可以停止输出报警信号。

IO模块用于实现控制板卡与数控机床的数据通讯。处理器模块可以通过GPIO接口实现与IO模块的连接。IO模块通过IO接口端子实现与数控机床PLC的连接。

图5和图6所对应实施例中特征的说明可以参见图1和图2所对应实施例的相关说明，这里不再一一赘述。

由上述技术方案可以看出，基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整；其中，初始状态下标识和阈值的对应关系基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置。获取振动传感器当前传输的振动数据；接收数控机床PLC传输的加工模式标识；从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与加工模式标识匹配的目标阈值；在当前传输的振动数据的绝对值大于目标阈值的情况下，说明数控机床出现了异常状况，此时可以向数控机床PLC下发报警指令，以便于数控机床PLC接收到报警指令后执行停机操作。在该技术方案中，通过调整对应关系中的阈值，可以使得阈值的取值更加贴合数控机床当前正常运行的情况。在获取到加工模式标识时可以从调整后的标识和阈值的对应关系中确定出匹配的目标阈值，基于该目标阈值对当前传输的振动数据进行评估，能够及时发现数控机床的异常状态，数控机床运行状况监测的整个实现过程可以自动化完成，提升了发现数控机床异常状态的及时性。

可以理解的是，如果上述实施例中的数控机床的监测方法以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对目前技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，执行本申请各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（Read-Only Memory，ROM）、随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

基于此，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述数控机床的监测方法的步骤。

以上对本申请实施例所提供的一种数控机床的监测方法、装置和系统进行了详细介绍。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上对本申请所提供的一种数控机床的监测方法、装置和系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (4)

1.一种数控机床的监测方法，其特征在于，包括：

基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整；其中，初始状态下标识和阈值的对应关系基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置；

获取振动传感器当前传输的振动数据；

接收数控机床PLC传输的加工模式标识；

从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与所述加工模式标识匹配的目标阈值；

在所述当前传输的振动数据的绝对值大于所述目标阈值的情况下，向所述数控机床PLC下发报警指令，以便于所述数控机床PLC接收到所述报警指令后执行停机操作；

所述基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整包括：

在数控机床处于第一加工模式的情况下，接收振动传感器传输的第一振动数据；接收数控机床PLC传输的第一加工模式标识；其中，所述第一加工模式为所有加工模式中的任意一种加工模式；

从初始设定的标识和阈值的对应关系中，确定出与所述第一加工模式标识匹配的第一阈值；

判断所述第一振动数据的绝对值是否大于所述第一阈值；

在所述第一振动数据的绝对值小于或等于所述第一阈值的情况下，保留所述对应关系中所述第一加工模式标识所对应的第一阈值；

在所述第一振动数据的绝对值大于所述第一阈值的情况下，基于所述第一振动数据的绝对值以及设定的调节系数，更新所述对应关系中所述第一加工模式标识所对应的第一阈值，直至完成对所述数控机床所有加工模式下加工模式标识所对应的阈值的更新，则结束标识和阈值的对应关系的设置过程；

所述基于所述第一振动数据的绝对值以及设定的调节系数，更新所述对应关系中所述第一加工模式标识所对应的第一阈值包括：

计算所述第一振动数据的绝对值与设定的调节系数的乘积值；

将所述乘积值作为所述对应关系中所述第一加工模式标识所对应的第一阈值；

数控机床未处于加工模式的情况下，判断当前获取的振动数据的绝对值是否大于设定的安全数值；安全数值的设置基于数控机床设备的直线轴加速度参数设置；

在当前获取的振动数据的绝对值大于设定的安全数值的情况下，向数控机床PLC下发报警指令，以便于数控机床PLC接收到报警指令后执行停机操作；

在所述振动传感器为三轴加速度振动传感器的情况下；所述振动数据包括X轴振动加速度值、Y轴振动加速度值和Z轴振动加速度值；

相应的，在所述当前传输的振动数据的绝对值大于所述目标阈值的情况下，向所述数控机床PLC下发报警指令包括：

在所述X轴振动加速度值、所述Y轴振动加速度值或所述Z轴振动加速度值的绝对值大于其对应的目标阈值的情况下，向所述数控机床PLC下发报警指令；

在所述基于所述第一振动数据的绝对值以及设定的调节系数，更新所述对应关系中所述第一加工模式标识所对应的第一阈值之后，还包括：

判断执行所述判断所述第一振动数据的绝对值是否大于所述第一阈值的步骤的次数是否达到预设次数；

在执行所述判断所述第一振动数据的绝对值是否大于所述第一阈值的步骤的次数未达到预设次数的情况下，则返回所述在数控机床处于第一加工模式的情况下，接收振动传感器传输的第一振动数据；接收数控机床PLC传输的第一加工模式标识的步骤；

在执行所述判断所述第一振动数据的绝对值是否大于所述第一阈值的步骤的次数达到预设次数的情况下，则判断所有加工模式是否遍历完毕；

在所有加工模式未遍历完毕的情况下，在接收到数控机床切换为第二加工模式的提示信息的情况下，执行第二加工模式对应阈值的更新；

所述接收数控机床PLC传输的加工模式标识包括：

接收所述数控机床PLC读取数控程序所获取的加工模式编号；其中，不同加工模式对应不同的加工模式编号。

2.一种数控机床的监测装置，其特征在于，适用于权利要求1所述的数控机床的监测方法，包括调整单元、数据获取单元、标识接收单元、阈值确定单元和报警单元；

所述调整单元，用于基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整；其中，初始状态下标识和阈值的对应关系基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置；

所述数据获取单元，用于获取振动传感器当前传输的振动数据；

所述标识接收单元，用于接收数控机床PLC传输的加工模式标识；

所述阈值确定单元，用于从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与所述加工模式标识匹配的目标阈值；

所述报警单元，用于在所述当前传输的振动数据的绝对值大于所述目标阈值的情况下，向所述数控机床PLC下发报警指令，以便于所述数控机床PLC接收到所述报警指令后执行停机操作；

所述调整单元包括接收子单元、确定子单元、判断子单元、保留子单元和更新子单元；接收子单元，用于在数控机床处于第一加工模式的情况下，接收振动传感器传输的第一振动数据；接收数控机床PLC传输的第一加工模式标识；其中，第一加工模式为所有加工模式中的任意一种加工模式；确定子单元，用于从初始设定的标识和阈值的对应关系中，确定出与第一加工模式标识匹配的第一阈值；判断子单元，用于判断第一振动数据的绝对值是否大于第一阈值；保留子单元，用于在第一振动数据的绝对值小于或等于第一阈值的情况下，保留对应关系中第一加工模式标识所对应的第一阈值；更新子单元，用于在第一振动数据的绝对值大于第一阈值的情况下，基于第一振动数据的绝对值以及设定的调节系数，更新对应关系中第一加工模式标识所对应的第一阈值，直至完成对数控机床所有加工模式下加工模式标识所对应的阈值的更新，则结束标识和阈值的对应关系的设置过程；更新子单元用于计算第一振动数据的绝对值与设定的调节系数的乘积值；将乘积值作为对应关系中第一加工模式标识所对应的第一阈值；

还包括安全判断单元；安全判断单元，用于在数控机床未处于加工模式的情况下，判断当前获取的振动数据的绝对值是否大于设定的安全数值；安全数值的设置基于数控机床设备的直线轴加速度参数设置；在当前获取的振动数据的绝对值大于设定的安全数值的情况下，触发报警单元向数控机床PLC下发报警指令，以便于数控机床PLC接收到报警指令后执行停机操作。

3.一种数控机床的监测系统，其特征在于，适用于权利要求1所述的数控机床的监测方法，包括振动传感器和控制板卡；其中，所述振动传感器设置于数控机床主轴所在的铸件上；

所述振动传感器与所述控制板卡连接，用于采集数控机床加工过程产生的振动数据；并将所述振动数据传输至所述控制板卡；

所述控制板卡与数控机床PLC连接，用于基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整；其中，初始状态下标识和阈值的对应关系基于数控机床主轴在不同加工模式下正常运行时产生的振动数据设置；接收所述振动传感器当前传输的振动数据；接收所述数控机床PLC传输的加工模式标识；从调整后的标识和阈值的对应关系中，确定出与所述加工模式标识匹配的目标阈值；在所述当前传输的振动数据的绝对值大于所述目标阈值的情况下，向所述数控机床PLC下发报警指令，以便于所述数控机床PLC接收到所述报警指令后执行停机操作；所述基于不同加工模式下获取的振动数据，对标识和阈值的对应关系中的相应阈值进行调整包括：在数控机床处于第一加工模式的情况下，接收振动传感器传输的第一振动数据；接收数控机床PLC传输的第一加工模式标识；其中，所述第一加工模式为所有加工模式中的任意一种加工模式；从初始设定的标识和阈值的对应关系中，确定出与所述第一加工模式标识匹配的第一阈值；判断所述第一振动数据的绝对值是否大于所述第一阈值；在所述第一振动数据的绝对值小于或等于所述第一阈值的情况下，保留所述对应关系中所述第一加工模式标识所对应的第一阈值；在所述第一振动数据的绝对值大于所述第一阈值的情况下，基于所述第一振动数据的绝对值以及设定的调节系数，更新所述对应关系中所述第一加工模式标识所对应的第一阈值，直至完成对所述数控机床所有加工模式下加工模式标识所对应的阈值的更新，则结束标识和阈值的对应关系的设置过程；所述基于所述第一振动数据的绝对值以及设定的调节系数，更新所述对应关系中所述第一加工模式标识所对应的第一阈值包括：计算所述第一振动数据的绝对值与设定的调节系数的乘积值；将所述乘积值作为所述对应关系中所述第一加工模式标识所对应的第一阈值；在数控机床未处于加工模式的情况下，判断当前获取的振动数据的绝对值是否大于设定的安全数值；安全数值的设置基于数控机床设备的直线轴加速度参数设置；在当前获取的振动数据的绝对值大于设定的安全数值的情况下，向数控机床PLC下发报警指令，以便于数控机床PLC接收到报警指令后执行停机操作。

4.根据权利要求3所述的数控机床的监测系统，其特征在于，所述控制板卡包括存储器，用于记录不同加工模式下加工模式标识及其对应的阈值，以及向所述数控机床PLC下发报警指令所对应的报警日志；所述控制板卡包括用于实现所述控制板卡IP地址恢复的按键；

所述控制板卡包括用于实现与上位机通信的IO模块，以便于所述上位机基于所述IO模块实现对所述控制板卡的访问控制。