CN204487283U - 一种雕铣机综合监测预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种雕铣机综合监测预警装置，包括PC上位机、与PC上位机电连接的PCB电路板和加工过程远程实时观测单元、与PCB电路板电连接的主轴温度监测单元和断刀检测报警单元；加工过程远程实时观测单元包括摄像头、安装于雕铣机外壳内表面上部的摄像头支撑架和与摄像头电连接的图像采集卡；主轴温度监测单元包括通过导热硅胶固定于主轴外表面上的温度传感器；断刀检测报警单元包括安装于雕铣机床头箱上的金属传感器支撑架和金属传感器；该装置可以对雕铣机的加工过程进行自动监测，对雕铣机故障做出预警并实现自动保护，维持加工过程正常进行，保证加工对象的高精度要求，减少操作人员的工作量，为设备运转和维护提供有力的保障。

Description

一种雕铣机综合监测预警装置

技术领域

本实用新型涉及一种机床监控装置，具体涉及一种雕铣机综合监测预警装置，属于机床机械自动化测量领域。

背景技术

随着机械加工高转速、高精度要求的提高，数控雕铣机以其优越的性能得到越来越广泛的应用。雕铣机的特点是主轴刀具小、切削效率高、主轴电机转速高，雕铣机既可用于雕刻，也可铣削，是一种高效高精的数控机床。雕铣机主要用于模具加工、铝件产品加工、鞋模制造、治具加工。雕铣机以其优异的性能，在机床加工业占有越来越重要的地位。

由于雕铣机高转速(主轴转速为20000～30000r/min)、高精度(主轴回转精度为2μm左右)的加工要求，主轴在长时间的工作后会大量发热，因此需要油水冷却机来保持主轴工作温度恒定，主轴冷却不足会导致主轴过热变形，影响加工精度，加剧电机老化甚至烧毁，因此需要实时监控主轴温度，防止主轴过热；同时，雕铣机刀具直径通常较小，一般为2～3mm，由于采用小直径刀具，在加工金属等较硬材料时，持续加工导致刀具刚性降低，极易出现断刀现象；对于某些特定的加工任务，有时需要机床长时间工作，而雕铣机本身不具备实时显示功能，所以需要工作人员消耗大量时间实时坚守，存在诸多不便。

因此行业内急需开发出一套可实时监控雕铣机的加工过程的监测装置，以解决当前雕铣机监控设备缺失、加工过程中突发事故难以及时发现处理的难题。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术的不足，并提供一种实现加工过程实时视频监控、主轴温度监控和断刀报警的雕铣机综合监测预警装置，避免机床出现加工事故并减少操作人员的工作强度。

实现本实用新型目的所采用的技术方案为，一种雕铣机综合监测预警装置，包括PC上位机、与PC上位机电连接的PCB电路板和加工过程远程实时观测单元、与PCB电路板电连接的主轴温度监测单元和断刀检测报警单元；所述加工过程远程实时观测单元包括摄像头、安装于雕铣机外壳内表面上部的摄像头支撑架和与摄像头电连接的图像采集卡，图像采集卡安装于PC上位机中并且与PC上位机电连接，用于处理图像信号；所述主轴温度监测单元包括通过导热硅胶固定于主轴外表面上的温度传感器；所述断刀检测报警单元包括安装于雕铣机床头箱上的金属传感器支撑架和安装于金属传感器支撑架端部的金属传感器，金属传感器的检测头靠近雕铣机的刀具。

金属传感器支撑架包括滚珠丝杠副、螺母座、导轨滑块副、2个丝杆轴承座和连接板，滚珠丝杠副和导轨滑块副相互平行并且沿竖直方向固定于雕铣机床头箱上，2个丝杆轴承座分别安装于滚珠丝杠副的两端支撑滚珠丝杠副，螺母座呈中空方柱状并且套设于滚珠丝杠副的螺母上，连接板呈L型，金属传感器固定于连接板的水平部分上，螺母座和导轨滑块副的滑块通过螺钉与连接板的竖直部分的端部连接。

所述PCB电路板中设有单片机模块、与单片机模块电连接的功能模块和USB电源模块，功能模块包括与单片机输入接口连接的温度信号输入模块、金属传感器信号输入模块和矩阵键盘模块，以及与单片机输出接口连接的断刀报警模块、数码管显示模块、温度报警模块、短信报警模块和串口通讯模块，单片机模块通过串口通讯模块与PC上位机连接，温度传感器通过杜邦线连接温度信号输入模块，金属传感器通过杜邦线连接金属传感器信号输入模块。

PCB电路板中设有2个以上单片机模块，各单片机模块之间通过锁存器连接。

由上述技术方案可知，固定在雕铣机刀具上方的摄像头用于采集机床加工过程中的图像数据，采集的图像数据通过图像采集卡采集至PC上位机中存储并播放，由于雕铣机工作时箱门关闭，因此加工过程远程实时观测单元可实现操作人员远程实时监控加工过程，方便操作人员及时发现问题；温度传感器通过导热硅胶连接在主轴外表面上用于检测机床主轴温度，采用导热硅胶固定传感器不影响测量精度，同时可以减少主轴外部负载，温度传感器检测的主轴温度信号传输至PCB电路板中；金属传感器通过金属传感器支撑架安装于雕铣机床头箱上，金属传感器用于感应刀具的基本信息并将信号传输至PCB电路板中，金属传感器支撑架用于安装金属传感器，其中，滚珠丝杠副驱动连接板沿竖直方向上下移动，实现金属传感器的对中调节，以适应不同长度的机床刀具，导轨滑块副提高金属传感器的移动导向精度和运动平稳性；温度传感器和金属传感器均通过杜邦线连接PCB电路板，连接牢靠、易于更换并且拆装方便。

USB电源模块用于向PCB电路板供电，PCB电路板中单片机模块通过串口通讯模块实现与PC上位机之间数据通讯，PC上位机用于处理PCB电路板和图像采集卡发送来的各种数据，温度信号输入模块和金属传感器信号输入模块分别用于输入温度传感器和金属传感器的信号，矩阵键盘模块用于输入需要设定的温度预警值，断刀报警模块用于刀具断裂时的报警指示，数码管显示模块用于显示输入的预警温度值和实际温度测量值，温度报警模块用于在测量温度超过预警温度时提供报警指示功能，短信报警模块用于向特定手机发送报警信息，实现远程报警；可根据实际需要确定单片机模块的个数，各单片机模块之间通过锁存器实现数据通讯。

本实用新型提供的雕铣机综合监测预警装置，通过合理选择各检测单元的安装位置，采集雕铣机工作过程中主轴温度、刀具情况和加工现场画面，当机床出现问题时可及时报警，方便工作人员及时处理，避免造成重大的安全事故，与现有技术相比，本实用新型提供的雕铣机综合监测预警装置具有如下优点：

(1)、对雕铣机主轴实施温度监控，将目前较先进的远程无线监控系统简化为传统上位机控制下位机形式的有线监控装置，温度监控精度更高，稳定性更强，更能适应雕铣机的工作环境；本装置使得雕铣机主轴电机能长期持续工作，对电机异常情况能提供及时预警处理，从而保证雕铣机的加工精度，实现全程稳定加工；

(2)、断刀检测报警装置结合雕铣机实际结构，采用感应式传感器检测断刀，相比现有的高端激光断刀检测系统而言，在满足雕铣机的断刀检测需求的条件下，具有更强的实用性，结构简单，成本大幅降低，为雕铣机的稳定加工提供了保障；

(3)、综合监测预警装置采用远程PC上位机操作，解决了操作人员需时刻监察雕铣机工作情况的问题，操作人员可以远程监测实时加工情况，可以通过监测系统提供的预警信息对突发问题做出及时有效的处理，使得雕铣机的自动化程度更高。

附图说明

图1为本实用新型提供的雕铣机综合监测预警装置的整体结构示意图。

图2为金属传感器支撑架的结构示意图。

图3为PCB电路板的结构框图。

其中，1-摄像头，2-摄像头支撑架，3-机床外壳，4-床头箱，5-金属传感器支撑架，51-丝杆轴承座，52-滚珠丝杠副，53-导轨滑块副，54-连接板，55-螺母座，56-螺钉，6-温度传感器，7-机床刀具，8-PCB电路板，9-PC上位机，10金属传感器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进项详细具体说明，本实用新型的保护范围不局限于以下实施例。

本实用新型提供的雕铣机综合监测预警装置，其结构如图1和图2所示，包括PC上位机8、与PC上位机电连接的PCB电路板8和加工过程远程实时观测单元、与PCB电路板电连接的主轴温度监测单元和断刀检测报警单元；

所述加工过程远程实时观测单元包括KL-H2836KB型摄像头1、安装于雕铣机外壳内表面上部的摄像头支撑架2和与摄像头电连接的NV670X型四路图像采集卡，摄像头1位于机床刀具上方，用于采集雕铣机工作实时画面，NV670X型四路图像采集卡安装于PC上位机中并且与PC上位机电连接，用于处理图像信号，摄像头采集的图像信息通过数据传输线传送到四路图像采集卡NV670X上，经PC上位机显示加工图像；

所述主轴温度监测单元包括通过导热硅胶固定于主轴外表面上的DS18B20型温度传感器6，DS18B20型温度传感器的输出信号通过杜邦线传输到PCB电路板8上，通过PCB电路板8中的单片机传输到PC上位机9上；

所述断刀检测报警单元包括安装于雕铣机床头箱上的金属传感器支撑架5和安装于金属传感器支撑架端部的LJA3-1-Z/BX型金属传感器10，金属传感器的检测头靠近雕铣机的刀具，金属传感器支撑架5的结构如图2所示，包括滚珠丝杠副52、螺母座55、导轨滑块副53、2个丝杆轴承座51和连接板54，滚珠丝杠副和导轨滑块副相互平行并且沿竖直方向固定于雕铣机床头箱上，2个丝杆轴承座分别安装于滚珠丝杠副的两端支撑滚珠丝杠副，螺母座呈中空方柱状并且套设于滚珠丝杠副的螺母上，连接板呈L型，采用角钢焊接而成，金属传感器固10定于连接板的水平部分上，螺母座和导轨滑块副的滑块通过螺钉56与连接板的竖直部分的端部连接，滚珠丝杠副驱动连接板沿竖直方向上下移动，实现金属传感器的对中调节，以适应不同长度的机床刀具，LJA3-1-Z/BX型金属传感器的输出信号通过杜邦线传输到PCB电路板8上，通过PCB电路板8中的单片机传输到PC上位机9上；

所述PCB电路板8的电路结构如图3所示，PCB电路板8中设有2个单片机模块、USB电源模块、温度信号输入模块、金属传感器信号输入模块、矩阵键盘模块、断刀报警模块、数码管显示模块、温度报警模块、SIM900短信报警模块和RS232串口通讯模块；2个单片机模块之间通过74HC573锁存器连接，实现对单片机数码管的位选和段选控制；USB电源模块向两片单片机供电；单片机模块A的P0.0口连接金属传感器信号输入模块，作为金属传感器的信号输入口采集刀具信息；单片机模块A的P2.0口连接断刀报警模块，控制断刀报警功能；单片机模块A的P3.0、P3.1口连接SIM900短信报警模块，实现对SIM900短信报警模块的控制，可以通过单片机控制SIM900短信报警模块向特定手机发送报警短信，实现远程报警；单片机模块B的P2.2、P2.6、P2.7口连接温度信号输入模块作为温度信号输入口，可同时采集三位温度传感器的信号；单片机模块B的P1口连接矩阵键盘模块，作为矩阵键盘的输入口，用于输入预警温度值；单片机模块B的P2.3口连接温度报警模块，实现温度报警功能；单片机模块B的P0口连接数码管显示模块，用于显示输入的预警温度值和实际测量值。

本装置解决了雕铣机监控装置不完善的难题，可以对主轴温度、机床加工刀具和加工过程进行实时监控，可以对系统故障做出预警以实现自动保护，维持了加工过程的正常进行，保证了加工对象的高精度要求，减少了操作人员的工作量，为设备运转和维护提供有力的保障，同时该装置对其它同类设备具有较好的可移植性和应用扩展性。

Claims (4)

1.一种雕铣机综合监测预警装置，其特征在于：包括PC上位机、与PC上位机电连接的PCB电路板和加工过程远程实时观测单元、与PCB电路板电连接的主轴温度监测单元和断刀检测报警单元；所述加工过程远程实时观测单元包括摄像头、安装于雕铣机外壳内表面上部的摄像头支撑架和与摄像头电连接的图像采集卡，摄像头位于雕铣机的刀具的上方，图像采集卡安装于PC上位机中并且与PC上位机电连接；所述主轴温度监测单元包括固定于主轴外表面上的温度传感器；所述断刀检测报警单元包括安装于雕铣机床头箱上的金属传感器支撑架和安装于金属传感器支撑架端部的金属传感器，金属传感器的检测头靠近雕铣机的刀具。

2.根据权利要求1所述的雕铣机综合监测预警装置，其特征在于：金属传感器支撑架包括滚珠丝杠副、螺母座、导轨滑块副、2个丝杆轴承座和连接板，滚珠丝杠副和导轨滑块副相互平行并且沿竖直方向固定于雕铣机床头箱上，2个丝杆轴承座分别安装于滚珠丝杠副的两端支撑滚珠丝杠副，螺母座呈中空方柱状并且套设于滚珠丝杠副的螺母上，连接板呈L型，金属传感器固定于连接板的水平部分上，螺母座和导轨滑块副的滑块通过螺钉与连接板的竖直部分的端部连接。

3.根据权利要求1所述的雕铣机综合监测预警装置，其特征在于：所述PCB电路板中设有单片机模块、与单片机模块电连接的功能模块和USB电源模块，功能模块包括与单片机输入接口连接的温度信号输入模块、金属传感器信号输入模块和矩阵键盘模块，以及与单片机输出接口连接的断刀报警模块、数码管显示模块、温度报警模块、短信报警模块和串口通讯模块，单片机模块通过串口通讯模块与PC上位机连接，温度传感器通过杜邦线连接温度信号输入模块，金属传感器通过杜邦线连接金属传感器信号输入模块。

4.根据权利要求3所述的雕铣机综合监测预警装置，其特征在于：PCB电路板中设有2个以上单片机模块，各单片机模块之间通过锁存器连接。