[发明专利]一种数控机床断刀实时检测方法

说明书

技术领域

本发明属于数控技术领域，更具体地，涉及一种数控机床断刀实时检测方法。

背景技术

数控加工过程中，切削力过大、刀具老化等原因可能会导致刀具断裂。如果不能及时检测刀具断裂的情况，会影响加工品质及加工效率。尤其是在大批量、多工序的生产过程中，一般采用大号刀具粗加工，再分别采用较小型号刀具进行半精加工和精加工，若未能及时检测大号刀具的断裂，将导致随后工序中小号刀具连续断裂，严重扰乱生产流程。

目前主要有两类刀具断裂检测方法。一类是非实时的检测方法，通过接触刀具刀尖、光束检测、计算机视觉的图像处理等方法判断刀具是否断裂。该方法应用在加工前或完成加工后，必须将刀具移动到指定检测位，无法判断加工过程中的刀具断裂情况，影响加工效率，具有较大的局限性。

另一类是实时的检测方法，通过加工过程中刀具断裂前后的关键特征进行判断检测。例如《一种感应式微电流断刀检测电路》通过传感器检测钻孔过程中产生感应电流的变化，同时PC机把当前位置与平均值进行实时对比，判断是否断刀；该方法适用于钻头加工的情况，不适用于一般的铣削加工工艺，另外其装置复杂，信号获取不方便，在实际的生产应用有一定的局限性。《一种加工成型设备的断刀监测方法》通过将主轴的空载转速与实时加工转速间的速度差与基准转速差值进行比较，判定是否断刀；该方法适合于转速开环控制的数控机床，加工过程中空载转速与实际转速会产生较大变化的情况，而对于采用转速闭环控制的数控机床，由于在额定转速加工工程中转速波动幅度非常小，采用该方法不太适用。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于主轴电机电流的断刀实时检测方法，该方法集成在数控系统上，只通过加工过程中数控内部的主轴时域电流进行判断，降低应用成本；不添加任何传感器等辅助设备，不会受到传感器灵敏度降低或失效等辅助设备问题的影响，可靠性更高。主要适用于断刀前后主轴电机电流变化较大的数控加工过程，如切削量较大的粗加工过程或高硬度材料的精加工，能够根据主轴电机电流的变化特征，快速实时检测是否断刀，提高加工效率，具有较高的应用价值。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种数控机床断刀实时检测方法，其特征在于，包括下列步骤：

1)数控系统读取刀具工艺数据库中保存的和值，其中为正常切削加工时所采集的主轴电机所有电流历史数据的平均值，为空载时采集的主轴电机所有电流历史数据的平均值；

2)设置计时器j＝1；

3)本步骤包括以下子步骤：

3.1)数控机床在进行切削加工时，编码器采集主轴电机电流数据，并且编码器每采集L个主轴电机电流数据，则将这L个主轴电机电流数据作为一个分析段，而且采用低通滤波器对分析段的主轴电机电流数据进行实时滤波，以将频率高于f的信号滤除，其中f＝k_f*f_c，其中f为滤波频率，k_f为滤波频率系数且k_f∈(0.1,0.4)，f_c为采样频率；

3.2)计算第j个分析段的主轴电机电流数据的电流平均值并存入数控系统的寄存器中，其中I_k为第j个分析段内的第k个主轴电机电流数据，k为正整数且k≤L；

3.3)设置j＝j+1；

3.4)判断j≥3是否成立，如果否，则返回步骤3.1)，如果是，则进入步骤3.5)；

3.5)计算第j个分析段的主轴电机电流数据的电流平均值并存入数控系统的寄存器中，其中I_m为第j个分析段内的第m个主轴电机电流数据，m为正整数且m≤L；

3.6)判断数控机床在第j个分析段、第j-1个分析段和第j-2个分析段内是否存在断刀：判断和是否同时满足下列条件①的三个式子或条件②的三个式子，如果是，则判断为断刀并进入步骤4)，如果否，则进入步骤5)；

其中k₁,k₂,k₃,k₄,k₅均为比值常系数；

4)数控系统发出指令，中止加工程序，发出断刀故障报警信号；

5)判断加工程序是否结束，如果是，则停止加工，如果否，则返回步骤3.1)。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：