[发明专利]一种磨削功率与能耗智能监控系统及决策方法

摘要

本发明公开一种磨削功率与能耗智能监控系统及决策方法，属于机床监控技术领域。针对当前实际磨削加工实践中，主要通过看磨削火花与听磨削声音的经验方式来判断磨削状态、设定和调整磨削参数的现状，发明了一种磨削功率与能耗智能监控软件和硬件系统、大数据分析与决策系统以及方法，实现对磨削过程中功率与能耗的实时监控与分析，具有磨床、磨具、工作液性能比较与分析以及磨削加工策略与工艺参数优化功能。通过比较实时磨削功率与判定临界功率阈值下限P₁和上限P₂的大小关系，判断磨削状态，实现对磨削过载、磨具钝化、磨削烧伤有效分析与预判。本发明可应用到磨料、磨具与磨削相关制造行业，促进实现高效率、低能耗、智能生产。

主权项

1.一种磨削功率与能耗智能监控系统，其特征在于：包括硬件系统(1)和软件系统(2)；所述硬件系统(1)包括主轴功率检测装置和数据采集卡；所述软件系统(2)包括数据采集模块、数据处理与分析模块、数据计算模块、磨削知识库、共享磨削大数据库、专家决策模块、功能模块；所述主轴功率检测装置用于检测磨床主轴瞬时功率，并将主轴功率检测信号传送到数据采集卡；所述数据采集卡用于采集功率传感器测量信号，并将模拟信号转化为数字信号，通过数据接口传递至计算机；所述数据采集模块用于采集数据采集卡传输过来的数字信号；所述数据处理与分析模块用于主轴功率检测信号的滤波处理、特征提取；所述数据计算模块用于所输入磨削参数条件下的磨削功率与磨削能耗计算与分析；所述磨削知识库是磨削加工中知识数据库，用于常规磨削加工的数据分析与专家决策；所述共享磨削大数据库是磨料磨具生产企业、磨削工作液生产企业、磨削加工企业以及磨削研究机构所共享的分析数据,用于大型企业生产制造或特殊磨削加工的大数据分析与决策；所述专家决策模块用于比较监测实时磨削功率与预定功率临界阈值的大小关系，对当前磨削加工状态进行判断和评估；所述预定功率临界阈值是通过利用云计算和大数据分析现代信息技术从磨削知识库和云端磨削大数据库分析与计算取得；所述功能模块包括操作参数优化、磨具修整策略优化、磨削过载预测、磨具钝化预测、磨削烧伤预测、磨具状态监测与分析、磨床/磨具/工作液性能比较；利用所述磨削功率与能耗智能监控系统进行监控的方法包括以下步骤：步骤1：将磨削功率与能耗智能监控系统与磨床主轴驱动电机相连接；步骤2：对磨床设定磨削输入参数，包括：磨具转速、进给速度、磨削深度、磨削余量、磨具修整量、修整速度、修整周期、修整进给速度；步骤3：将当前磨削输入参数、所要求的磨削结果与磨削知识库以及云端磨削大数据库中的磨削实例和数据相匹配，利用云计算和大数据分析现代信息技术获取当前磨削输入参数下磨削加工的功率阈值下限P1和上限P2，从而确定磨削功率阈值范围[P1,P2]；步骤4：开始磨削加工；步骤5：磨削加工过程中，硬件系统实时采集主轴功率信号，并对信号进行A/D转换，通过数据处理与分析模块和数据计算模块，计算当前磨削状态下的磨削功率与能耗，显示、数据存储、对比与评估不同磨削条件下的磨削功率与能耗，共享实时监测磨削功率和能耗，更新磨削动态数据库；步骤6：将计算所得当前磨削状态下磨削功率与系统预设的临界阈值P1，P2进行对比分析(1)当磨削功率大于最小临界阈值P1且小于最大临界阈值P2，则所述磨削功率与能耗智能监控系统认定当前磨削加工处于高效率低能耗的正常状态，保持当前磨削加工；(2)当磨削功率大于最大临界阈值P2，则所述磨削功率与能耗智能监控系统判断当前磨削状态即将出现磨削过载、砂轮钝化、磨削烧伤的问题，窗口显示的方式做出预警，所述磨削功率与能耗智能监控系统的软件模块进行以下优化调整(i)磨削策略优化，包括空磨、粗磨、半精磨、精磨的调整，(ii)操作参数优化，包括磨具速度、进给速度、磨削深度的调整，(iii)磨具修整优化，包括磨具修整周期、修整速度、进给量、修整量的调整，通过工业控制机进行强制退刀和磨削参数的反馈调控；(3)当磨削功率小于最小临界阈值P1，则所述磨削功率与能耗智能监控系统判断当前磨削状态存在加工周期过长、循环次数过多、能耗过大的问题，所述磨削功率与能耗智能监控系统的软件模块进行以下优化调整(i)磨削策略优化，包括空磨、粗磨、半精磨、精磨的调整，(ii)操作参数优化，包括磨具速度、进给速度、磨削深度的调整，(iii)磨具修整优化，包括磨具修整周期、修整速度、进给量、修整量的调整，通过工业控制机进行磨削参数的反馈调控；重复步骤2、3、4、5、6，直到当前磨削功率在系统所设定的阈值范围[P1，P2]内，即实现当前磨削加工处于高效率低能耗的正常磨削状态。