[實用新型]慣量匹配參數(shù)式數(shù)控機床優(yōu)化及實時監(jiān)控系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201620054335.6
• 申請日: 2016-01-20
• 公開（公告）號: CN205318211U
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳雪林;劉安民;周唯
• 申請（專利權(quán)）人: 湖南工學(xué)院
• 主分類號: G05B19/414
• 分類號: G05B19/414
• 代理公司: 深圳市興科達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44260
• 代理人: 王翀;葉舟

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種數(shù)控機床優(yōu)化及實時監(jiān)控系統(tǒng)，特別是涉及一種集優(yōu)化與監(jiān)控為一 體的慣量匹配參數(shù)式數(shù)控機床優(yōu)化及實時監(jiān)控系統(tǒng)。

背景技術(shù)

以往在衡量數(shù)控機床機械系統(tǒng)的加工動態(tài)特性，認(rèn)為負(fù)載慣量小，其動態(tài)特性就好；慣 量越大，進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)的負(fù)載越大，越難以控制。但負(fù)載慣量增加時，進(jìn)給系統(tǒng)需要花費較 多時間才能達(dá)到新指令的速度要求；當(dāng)執(zhí)行快速切削時，會發(fā)生較大誤差。另一方面，小的 負(fù)載慣量會造成高頻抗干擾剛度下降，造成系統(tǒng)性能對工件質(zhì)量變化的敏感程度增加。尤其 是在機床高速化、高精度化要求下，當(dāng)能量效率、運動控制性能、抗干擾能力等多因數(shù)耦合 時，并且加工過程中切削參數(shù)的變化，材料硬度的變化都會給進(jìn)給驅(qū)動系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，使交 流伺服系統(tǒng)靈敏度、瞬態(tài)響應(yīng)時間、伺服精度受到影響，使機械系統(tǒng)的振動與沖擊增大，造 成系統(tǒng)震蕩或抖動，對高速高精度機床的切削加工造成很大影響。因此、能夠?qū)崟r檢測機床 加工動態(tài)特性參數(shù)并以最優(yōu)的慣量參數(shù)匹配負(fù)載慣量與進(jìn)給系統(tǒng)性能，提供機床切削加工的 動態(tài)特性，提高加工工件的質(zhì)量。

而在機床加工過程中的慣量匹配方面，主要是在機床設(shè)計時增加一些慣量軸或通過人工 觀測機床加工的各種信息判斷并調(diào)節(jié)運動部件的慣量、質(zhì)量、絲桿螺距或減速比。但是由于 機床在切削加工過程中動態(tài)特性參數(shù)復(fù)雜并且是實時變化的，直接觀測并調(diào)整難度較大。在 監(jiān)測機床切削過程是否堵屑、刀具是否磨損等現(xiàn)象方面，主要是依靠操作者直接觀察切削過 程中的各種工況信息來判斷。但由于高速高精度加工工藝復(fù)雜，直接觀察切削工況難度大， 因此必須采用自動監(jiān)測系統(tǒng)才能實現(xiàn)。

目前國內(nèi)外研制的慣量匹配系統(tǒng)主要集中于在機床設(shè)計方面，主要是機床設(shè)計時增加一 些慣量軸或通過人工觀測機床加工的各種信息判斷并調(diào)節(jié)運動部件的慣量、質(zhì)量、絲桿螺距 或減速比。難以滿足多變的加工工況的慣量匹配的要求，難以滿足高速高精度加工的要求。 在國內(nèi)外研制的切削監(jiān)測系統(tǒng)方面，主要是通過各種傳感器(例如功率變送器、油壓傳感器) 來實現(xiàn)信號采集、切削過程監(jiān)測的。如圖1所示是一種基于DSP的切削功率和油壓信號的切 削過程排屑與刀具狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

在該系統(tǒng)中，功率信號是深孔鉆床的主電機的輸入功率,工況的變化時(如堵屑、刀具嚴(yán) 重磨損)，其電機所受到的感應(yīng)激振力發(fā)生變化，而電機的功率實時功率也會發(fā)生變化，其功 率的變化，通過功率變送器后被采集獲得，油壓信號是通過安裝在油閥上的壓力傳感器直接 輸出到DSP監(jiān)測系統(tǒng)。功率變送器和壓力傳感器的輸出信號均為標(biāo)準(zhǔn)的0～5V的電壓信號。 監(jiān)測系統(tǒng)具有實時采集功率信號和油壓信號并能對兩路進(jìn)行分析的功能，而且可以反饋深孔 鉆削過程排屑與刀具狀態(tài)并實現(xiàn)報警。監(jiān)測系統(tǒng)的中央處理單元是具有高速數(shù)字信號處理能 力的處理器。

但由于高速加工現(xiàn)場切削環(huán)境惡劣，故障種類的隨機性大，干擾因素又較多，因此對傳 感器的安裝可靠性和抗干擾能力提出了較高的要求，這給及時、準(zhǔn)確獲取故障信息帶來了難 度。再則這類系統(tǒng)不能實現(xiàn)切削參數(shù)選擇與優(yōu)化功能，也不能實現(xiàn)機床加工動態(tài)特性自動檢 測并慣量自動匹配的功能，且結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，成本也較高。

實用新型內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服以上技術(shù)上的不足，提供一種結(jié)構(gòu)簡單、準(zhǔn)確度高、成本低，集 機床慣量匹配參數(shù)選擇、優(yōu)化和監(jiān)測與切削參數(shù)選擇、優(yōu)化和工況監(jiān)控為一體的數(shù)控機床參 數(shù)優(yōu)化及實時監(jiān)控系統(tǒng)。

為達(dá)到上述目的，本實用新型采取的技術(shù)方案是：一種慣量匹配參數(shù)式數(shù)控機床優(yōu)化及 實時監(jiān)控系統(tǒng)，包括：

計算機控制系統(tǒng)，用于為數(shù)據(jù)采集，數(shù)字信號處理，切削參數(shù)選擇和優(yōu)化，慣量匹配參 數(shù)的選擇和優(yōu)化，控制指令的接收、傳送提供保障；

電機驅(qū)動器，用于控制主電機電流、電壓和轉(zhuǎn)速，并可實時采集電流、電壓信號值；

加工主電機，用于提供切削加工的動力源，其電流的大小隨切削工況的變化而變化；

慣量匹配系統(tǒng)，用于根據(jù)指令實時調(diào)節(jié)控制慣量的大小，其慣量值的變化隨機床動態(tài)特 性的變化而調(diào)整；

以及傳感監(jiān)測系統(tǒng)，用于監(jiān)測機床加工過程中的動態(tài)特性參數(shù)并采集傳遞給計算機控制 系統(tǒng)。