[實用新型]數控機床加工狀態多參數在線主動監控系統

有效

• 申請號: 201420086095.9
• 申請日: 2014-02-27
• 公開（公告）號: CN203894596U
• 公開（公告）日: 2014-10-22
• 發明（設計）人: 黃智;許可;陳學尚;王正杰;陳士行;衡鳳琴;王立平
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G05B19/406
• 分類號: G05B19/406
• 代理公司: 成都頂峰專利事務所(普通合伙) 51224
• 代理人: 李崧巖

技術領域

本實用新型屬于數控機床技術領域，涉及的是一種機床工作狀態檢測與控制，具體的說，是涉及一種數控機床加工狀態多參數在線主動監控系統。

背景技術

數控機床技術正朝著高自動化、高集成化、高柔性化及高智能化的方向發展，為保障數控加工機床安全，改進和提高產品加工質量，避免加工過程中異常工況導致的各類事故，如：刀具或磨具破損與磨損、主軸轉動異常、絲桿和軸承溫升等情況會影響加工精度，機床振動會影響工件表面質量甚至損壞機床，機床進給速度與主軸轉速設置不合理影響加工效率等等。為提高生產率和機床利用率，必須采用有效方式對數控加工過程中各類強實時性狀態進行在線監測與控制，才能實現數控機床裝備的優化運行及管理。

數控加工技術在復雜零件產品的加工過程中，存在著技術難題及風險，其主要包括以下幾方面：設備因素、人為因素、工件因素以及刀磨具因素等。在實際的生產過程中，數控加工過程并非一直處于理想狀態，如：切削力會導致切磨工具的彈性形變而讓刀變形，殘余應力會引起工件的扭曲變形，機床振動、工具磨損、切削熱等多種因素也會導致不同程度的加工變形；因上述因素而導致加工出來的零件和理論模型之間存在一定的偏差。在加工過程中一旦工藝參數選擇不合理，就會導致工件加工表面質量差、設備加工能力得不到充分發揮，同時機床組件及刀磨具的使用壽命也會受到嚴重影響。

數控加工的過程中，主軸功率、切磨削力、工具讓刀變形及磨損、機床組件的運動發熱溫升、進給系統加減速及振動等復雜的物理因素影響加工質量、效率和安全，而現在一般的普通數控技術還只限于幾何運動控制，對這些復雜的物理因素則還未涉及控制，更無法完成加工狀態中力、熱、磨損多物理場耦合效應的機床過程狀態的主動自適應控制。主動控制技術是研究對這些過程特性進行控制的技術，目前存在一些還未解決的難題，主要有主軸功率負荷在線測量、切磨削力的直接測量、工具磨損在線測量、機床組件溫升與絲桿熱伸長在線檢測、各進給軸振動狀態檢測以及主動適應加工過程的控制策略及其相關技術實現方法及綜合集成等。

多年來，國內外研究人員在刀具或磨具磨損、主軸功率監控、機床振動、機床熱變形分析等方面做了大量工作，并在檢測方法、監控參數選擇及信號處理識別領域取得了諸多成果，有些方法已經應用在實際生產中，例如：

（1）中國專利：CN201210142987.1，實用新型名稱：基于條件隨機場模型的刀具磨損狀態檢測方法，提出了通過采集切削過程中的聲發射信號，并對其進行預處理和相關的特征提取，將提取的特征向量作為條件隨機場模型的訓練樣本和測試樣本最后得到刀具磨損狀態檢測方法；

（2）中國專利：CN?200910025001.0，實用新型名稱：一種數控銑齒機床切削主軸實時監控系統；

（3）劉春時等人在2009年第3期《中國工程機械學報》發表了關于《數控機床整機振動測試方法研究》，提出了一種通過搭建實驗臺進行測試評價機床的抗振性能以及檢驗振動分析的正確性；

（4）中國專利：CN200610095102.1，實用新型名稱：機床熱變形遠程診斷控制裝置，提出了通過控制機床上兩重要部位的溫差，使機床的熱變形始終控制在不致于影響加工精度的許可范圍內的控制裝置；

（5）中國專利：CN201010595650.7，實用新型名稱：一種用于數控機床滑枕熱變形補償的控制方法以及實施此方法的裝置，提出了采用一種固定在滑枕上具有低熱膨脹系數的微位移檢測裝置，主要解決數控機床的滑枕隨溫度變化產生伸縮變形所導致的加工誤差問題。

（6）中國專利：CN200910263457.0，實用新型名稱：砂輪磨損自動檢測及補償方法，提出了一種采用光學方式進行砂輪直徑檢測器對加工中的砂輪直徑進行非接觸式在線檢測方法；

（7）中國專利：CN201110294068.1，實用新型名稱：利用砂輪氣流場在線檢測砂輪磨損的方法和裝置，提出用壓力傳感器實時在線檢測砂輪表面氣流場的動壓力；通過氣流場動壓力的變化分析計算得到磨削過程中砂輪的磨損量。

（8）中國專利：CN?101140461?A，實用新型名稱：多物理狀態檢測優化與遠程綜合診斷智能數控系統，提出了一種基于現場多物理狀態檢測與加工運行優化并具備遠程綜合診斷功能的智能化數控系統。該系統運動控制模塊及采集與分析單元分別采用高速DSP為獨立核心處理器外，其余部分與主控模塊共享高性能微處理器，各模塊間經系統內部總線鏈接，實現功能調用以及數據傳輸。