[实用新型]数控机床加工状态多参数在线主动监控系统

说明书

技术领域

本实用新型属于数控机床技术领域，涉及的是一种机床工作状态检测与控制，具体的说，是涉及一种数控机床加工状态多参数在线主动监控系统。

背景技术

数控机床技术正朝着高自动化、高集成化、高柔性化及高智能化的方向发展，为保障数控加工机床安全，改进和提高产品加工质量，避免加工过程中异常工况导致的各类事故，如：刀具或磨具破损与磨损、主轴转动异常、丝杆和轴承温升等情况会影响加工精度，机床振动会影响工件表面质量甚至损坏机床，机床进给速度与主轴转速设置不合理影响加工效率等等。为提高生产率和机床利用率，必须采用有效方式对数控加工过程中各类强实时性状态进行在线监测与控制，才能实现数控机床装备的优化运行及管理。

数控加工技术在复杂零件产品的加工过程中，存在着技术难题及风险，其主要包括以下几方面：设备因素、人为因素、工件因素以及刀磨具因素等。在实际的生产过程中，数控加工过程并非一直处于理想状态，如：切削力会导致切磨工具的弹性形变而让刀变形，残余应力会引起工件的扭曲变形，机床振动、工具磨损、切削热等多种因素也会导致不同程度的加工变形；因上述因素而导致加工出来的零件和理论模型之间存在一定的偏差。在加工过程中一旦工艺参数选择不合理，就会导致工件加工表面质量差、设备加工能力得不到充分发挥，同时机床组件及刀磨具的使用寿命也会受到严重影响。

数控加工的过程中，主轴功率、切磨削力、工具让刀变形及磨损、机床组件的运动发热温升、进给系统加减速及振动等复杂的物理因素影响加工质量、效率和安全，而现在一般的普通数控技术还只限于几何运动控制，对这些复杂的物理因素则还未涉及控制，更无法完成加工状态中力、热、磨损多物理场耦合效应的机床过程状态的主动自适应控制。主动控制技术是研究对这些过程特性进行控制的技术，目前存在一些还未解决的难题，主要有主轴功率负荷在线测量、切磨削力的直接测量、工具磨损在线测量、机床组件温升与丝杆热伸长在线检测、各进给轴振动状态检测以及主动适应加工过程的控制策略及其相关技术实现方法及综合集成等。

多年来，国内外研究人员在刀具或磨具磨损、主轴功率监控、机床振动、机床热变形分析等方面做了大量工作，并在检测方法、监控参数选择及信号处理识别领域取得了诸多成果，有些方法已经应用在实际生产中，例如：

（1）中国专利：CN201210142987.1，实用新型名称：基于条件随机场模型的刀具磨损状态检测方法，提出了通过采集切削过程中的声发射信号，并对其进行预处理和相关的特征提取，将提取的特征向量作为条件随机场模型的训练样本和测试样本最后得到刀具磨损状态检测方法；

（2）中国专利：CN 200910025001.0，实用新型名称：一种数控铣齿机床切削主轴实时监控系统；

（3）刘春时等人在2009年第3期《中国工程机械学报》发表了关于《数控机床整机振动测试方法研究》，提出了一种通过搭建实验台进行测试评价机床的抗振性能以及检验振动分析的正确性；

（4）中国专利：CN200610095102.1，实用新型名称：机床热变形远程诊断控制装置，提出了通过控制机床上两重要部位的温差，使机床的热变形始终控制在不致于影响加工精度的许可范围内的控制装置；

（5）中国专利：CN201010595650.7，实用新型名称：一种用于数控机床滑枕热变形补偿的控制方法以及实施此方法的装置，提出了采用一种固定在滑枕上具有低热膨胀系数的微位移检测装置，主要解决数控机床的滑枕随温度变化产生伸缩变形所导致的加工误差问题。

（6）中国专利：CN200910263457.0，实用新型名称：砂轮磨损自动检测及补偿方法，提出了一种采用光学方式进行砂轮直径检测器对加工中的砂轮直径进行非接触式在线检测方法；

（7）中国专利：CN201110294068.1，实用新型名称：利用砂轮气流场在线检测砂轮磨损的方法和装置，提出用压力传感器实时在线检测砂轮表面气流场的动压力；通过气流场动压力的变化分析计算得到磨削过程中砂轮的磨损量。

（8）中国专利：CN 101140461 A，实用新型名称：多物理状态检测优化与远程综合诊断智能数控系统，提出了一种基于现场多物理状态检测与加工运行优化并具备远程综合诊断功能的智能化数控系统。该系统运动控制模块及采集与分析单元分别采用高速DSP为独立核心处理器外，其余部分与主控模块共享高性能微处理器，各模块间经系统内部总线链接，实现功能调用以及数据传输。