CN218487915U - 一种机床振动监测及保护系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机床振动监测及保护技术领域，特别是涉及一种机床振动监测及保护系统。本实用新型包括振动传感器，所述振动传感器与机床主轴固定相连，所述振动传感器用于采集机床主轴的实时振动数据；还包括数据处理器，所述数据处理器与振动传感器电性连接，所述数据处理器用于将振动传感器传入的数据进行ADC转换；还包括上位机，所述上位机与数据处理器电性连接。本实用新型提供了一种机床振动监测及保护系统，实现对机床加工过程中的切削状态的实时调整，有效减少了刀具的损坏，提高了刀具寿命的同时，保障了工件表面加工质量。

Description

一种机床振动监测及保护系统

技术领域

本实用新型属于机床振动监测及保护技术领域，具体涉及一种机床振动监测及保护系统。

背景技术

机床加工振动是影响工件表面质量的一个重要因素，数控机床在加工过程中，刀具与工件接触面随主轴转动对机床产生振动激励，又由于机床装配、工件装卡以及加工工艺等因素使得振动预测难以实现，当加工程序编制完成并运行之后，加工过程中加工参数便已固定，因此机床对加工过程中的突发情况，如撞刀、振动加剧等情况无法做出应对；同时，刀具严重磨损可引起刀具的破坏，刀具的破坏会导致工件报废同时会损伤昂贵的设备，更严重的后果是会影响机床的正常使用及操作者的人身安全。

在传统的机床上，一般是通过对机床振动信号的监测来判断机床的实际运行状态，振动信号从时域、频域、幅值相位等多个角度反映了机床的故障信息。而传统的OPC UA通讯方式会有一定的网络延迟，起不到实时对刀具的保护作用。

发明内容

本实用新型就是针对上述问题，弥补现有技术的不足，提供一种机床振动监测及保护系统，以解决上述背景技术中出现的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种机床振动监测及保护系统，包括振动传感器，所述振动传感器与机床主轴固定相连，所述振动传感器用于采集机床主轴的实时振动数据；还包括数据处理器，所述数据处理器与振动传感器电性连接，所述数据处理器用于将振动传感器传入的数据进行ADC转换；还包括上位机，所述上位机与数据处理器电性连接，所述上位机用于将数据处理器传入的数据与离线学习的特征值进行信号对比，实现对机床的运动状态的智能控制。

进一步的，所述振动传感器选用三向加速度传感器。

进一步的，所述数据处理器选用SiViB Record 1500处理模块。

在一个优选地实施方式中，所述上位机设置为PC计算机，PC计算机内部设置有软件模块。

进一步的，所述软件模块包括信号采集模块、软件功能模块和用户接口模块；

所述信号采集模块与软件功能模块电性相连，所述信号采集模块用于获取振动传感器传入的数据；

所述软件功能模块包括数据处理模块、数据存储模块和特征提取模块；

所述数据存储模块与信号采集模块电性相连，用于存储振动传感器传入的数据；

所述数据存储模块分别与数据处理模块和特征提取模块电性相连，数据处理模块用于将存储在数据存储模块内的数据进行ADC转换，所述特征提取模块用于筛选异常数据；

用户接口模块包括人机交互设置模块、对外接口模块和信号显示模块；

所述人机交互设置模块与特征提取模块电性连接，用于设定预警值；

所述对外接口模块与数据存储模块电性连接；

所述信号显示模块与数据处理模块电性连接，用于显示数据处理模块处理后的相关数值。

本实用新型的有益效果在于：提供一种机床振动监测及保护系统，通过设置振动传感器、数据处理器和上位机，实现了对机床主轴振动数据的实时采集功能，使用该功能采集机床加工过程中的主轴振动信号，通过上位机软件模块对信号进行处理及判断，并通过数据处理模块与机床数控系统进行通讯，进而实现对机床加工过程中的切削状态的实时调整，有效减少了刀具的损坏，提高了刀具寿命的同时，保障了工件表面加工质量。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是本实用新型的软件模块连接结构示意图。

图3是机床主轴振动设置的预警和报警值。

附图标记为：1、振动传感器；2、数据处理器；3、上位机；4、软件模块；41、信号采集模块；42、软件功能模块；43、用户接口模块；421、数据处理模块；422、数据存储模块；423、特征提取模块；431、人机交互设置模块；432、对外接口模块；433、信号显示模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

参照说明书附图1-3，该实施例的一种机床振动监测及保护系统，包括振动传感器1，所述振动传感器1与机床主轴固定相连，本实施例是以GMC3060u桥式五轴加工中心为例进行改造。所述振动传感器1用于采集机床主轴的实时振动数据；还包括数据处理器2，所述数据处理器2与振动传感器1电性连接，本实施例是以信号线的形式相连。所述数据处理器2用于将振动传感器1传入的数据进行ADC转换；还包括上位机3，所述上位机3与数据处理器2电性连接，本实施例是以USB数据线的形式相连。所述上位机3用于将数据处理器2传入的数据与离线学习的特征值进行信号对比，实现对机床的运动状态的智能控制。所述振动传感器1选用三向加速度传感器，可以采集机床X、Y、Z轴三个方向的振动变化，比传统的单向传感器敏感度高。所述数据处理器2选用SiViB Record 1500处理模块，采用I/O方式通讯，采集数据速度快，机床响应快，并且可以快速分析处理数据。

所述上位机3设置为PC计算机，PC计算机内部设置有软件模块4。所述软件模块4包括信号采集模块41、软件功能模块42和用户接口模块43；所述信号采集模块41与软件功能模块42电性相连，所述信号采集模块41用于获取振动传感器1传入的数据；所述软件功能模块42包括数据处理模块421、数据存储模块422和特征提取模块423；所述数据存储模块422与信号采集模块41电性相连，用于存储振动传感器1传入的数据；所述数据存储模块422分别与数据处理模块421和特征提取模块423电性相连，数据处理模块421用于将存储在数据存储模块422内的数据进行ADC转换，所述特征提取模块423用于筛选异常数据；用户接口模块43包括人机交互设置模块431、对外接口模块432和信号显示模块433；所述人机交互设置模块431与特征提取模块423电性连接，用于设定预警值；所述对外接口模块432与数据存储模块422电性连接；本实施例中，对外接口模块432设置为mini USB接口。所述信号显示模块433与数据处理模块421电性连接，用于显示数据处理模块421处理后的相关数值。上位机3的软件模块4通过信号采集模块41检测振动传感器1的信号，读取参数并建立检测通道，通过数控系统PLC进行AD转换，经由数据处理模块421处理后由信号显示模块433进行显示，并传输入数据存储模块422进行记录。将新采集的数据与此标准信号进行对比分析，所得结果经数控系统PLC与机床的数控系统进行通讯，从而对机床进行智能控制。

实施场景具体为：在机床主轴末端安装振动传感器1即三向加速度传感器，本实例采用KESSLER小型主轴头自带的IBIS AI 100型号三向加速度传感器，在机床电气柜内固定数据处理器2即SiViB Record 1500处理模块，上位机3即PC计算机固定在工作台上，三向加速度传感器与SiViB Record 1500处理模块通过电缆线性连接，SiViB Record 1500处理模块与机床PLC模块通过电缆线性连接，SiViB Record 1500处理模块与PC计算机通过miniUSB线连接。PC计算机通过SiViB Record 1500处理模块检测三向加速度传感器信号，在人机交互设置模块431中预设采集信号的种类和单位，在对外接口模块432上设置连接类型，本实例中是采用mini USB线连接，信号采集模块41采集加速度信号，经由数据处理模块421处理后由信号显示模块433进行显示，并传输入数据存储模块422中进行记录，并按附图3中的参数设置机床振动预警和报警值，通过特征提取模块423将振动值传入机床PLC中，当主轴运行异常时，数控机床会发出预警或报警，起到保护机床的作用。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种机床振动监测及保护系统，其特征在于：包括振动传感器（1），所述振动传感器（1）与机床主轴固定相连，所述振动传感器（1）用于采集机床主轴的实时振动数据；

还包括数据处理器（2），所述数据处理器（2）与振动传感器（1）电性连接，所述数据处理器（2）用于将振动传感器（1）传入的数据进行ADC转换；

还包括上位机（3），所述上位机（3）与数据处理器（2）电性连接，所述上位机（3）用于将数据处理器（2）传入的数据与离线学习的特征值进行信号对比，实现对机床的运动状态的智能控制。

2.根据权利要求1所述的一种机床振动监测及保护系统，其特征在于：所述振动传感器（1）选用三向加速度传感器。

3.根据权利要求1所述的一种机床振动监测及保护系统，其特征在于：所述数据处理器（2）选用SiViB Record 1500处理模块。

4.根据权利要求1所述的一种机床振动监测及保护系统，其特征在于：所述上位机（3）设置为PC计算机，PC计算机内部设置有软件模块（4）。

5.根据权利要求4所述的一种机床振动监测及保护系统，其特征在于：所述软件模块（4）包括信号采集模块（41）、软件功能模块（42）和用户接口模块（43）；

所述信号采集模块（41）与软件功能模块（42）电性相连，所述信号采集模块（41）用于获取振动传感器（1）传入的数据；

所述软件功能模块（42）包括数据处理模块（421）、数据存储模块（422）和特征提取模块（423）；

所述数据存储模块（422）与信号采集模块（41）电性相连，用于存储振动传感器（1）传入的数据；

所述数据存储模块（422）分别与数据处理模块（421）和特征提取模块（423）电性相连，数据处理模块（421）用于将存储在数据存储模块（422）内的数据进行ADC转换，所述特征提取模块（423）用于筛选异常数据；

用户接口模块（43）包括人机交互设置模块（431）、对外接口模块（432）和信号显示模块（433）；

所述人机交互设置模块（431）与特征提取模块（423）电性连接，用于设定预警值；

所述对外接口模块（432）与数据存储模块（422）电性连接；

所述信号显示模块（433）与数据处理模块（421）电性连接，用于显示数据处理模块（421）处理后的相关数值。

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