一种基于指令域分析的数控机床刀库的性能评估方法技术

本发明专利技术属于数控机床领域，并公开了一种基于指令域分析的数控机床刀库的性能评估方法。该方法包括：(a)输入预设参数生成加工指令；(b)数控系统采集机床总数据；(c)采用指令域分析方法计算得到刀库性能指标；(d)将刀库性能指标与预设性能标准进行比较，并对不同的评估结果存储和显示。本发明专利技术直接通过数控系统采集数据，无需额外的数据采集与传输硬件设备，不影响正常加工，实现了数控机床指令序列的深层挖掘和利用的高效率和低成本，提高了刀库的可靠性水平。

Performance evaluation method of NC machine tool magazine based on instruction domain analysis

The invention belongs to the field of numerical control machine tools, and discloses a performance evaluation method of a NC machine tool magazine based on instruction field analysis. The method includes: (a) input preset parameter generation processing instruction; (b) total machine tool CNC system data acquisition; (c) the instruction domain analysis calculated knife performance index method; (d) the knife performance index with the preset performance standards are compared, and the different evaluation results of storage and display. The present invention directly through the NC system to collect data, without the need for additional data collection and transmission equipment, does not affect the normal processing, realized the NC machine instruction sequence of deep mining and utilization of high efficiency and low cost, improve the reliability level of the knife.

【技术实现步骤摘要】
一种基于指令域分析的数控机床刀库的性能评估方法
本专利技术属于数控机床领域，更具体地，涉及一种基于指令域分析的数控机床刀库的性能评估方法。
技术介绍
数控机床是数字控制机床的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。目前国产数控机床的可靠性相对于国外数控机床还处于较低水平，是国产数控机床市场竞争力不足的重要原因。数控机床整机的可靠性又受到其重要功能部件的可靠性水平限制。刀库是加工中心的重要功能部件，用于储备加工所需刀具和自动更换刀具，其可靠性水平直接制约加工中心整机的可靠性水平。因此，对刀库的工作状态和综合性能进行检测、提前预测故障发生的可能、保障刀库在正常状态下运行，可提高刀库的可靠性水平，进而提高加工中心整机的可靠性水平。目前，应用于数控机床刀库性能保障或综合性能检测的方法与技术很少、且局限很多。局限性一方面表现为现有技术与系统大多只能针对一种或几种刀库进行检测，如公告号为CN105563198A，名称为“一种集成式可移动圆盘式刀库及机械手综合性能检测装置”，其主要通过移动式检测装置对刀库和机械手的电机电流、电压、温度、机械手振动等性能进行检测，但只能对圆盘式刀库进行综合性能检测，无法适用于链式刀库等其它类型刀库。另一方面，目前的此类技术与系统均需安装传感器等检测元器件采集信号、需搭建实验平台进行检测分析，如公告号为CN102785126A，名称为“刀库及自动换刀装置综合性能检测系统”，其采用了三轴加速度传感器、无线振动传感器、工业相机、PSD相机及声压传感器作为刀库综合性能的检测元器件，还需搭建含工控机的实验平台进行检测分析。此外，现有刀库性能保障或综合性能检测系统还存在影响机床正常加工、检测周期长、使用成本高等缺点，难以推广应用。公告号为CN102023615A，名称为“一种基于指令序列的数控机床加工状态信息显示方法”的专利文献提出了一种基于指令序列的数控机床加工状态信息显示方法。其通过获取指令序列号、指令执行时间和加工状态信息，并通过映射，显示基于指令序列的加工状态信息曲线。该方法可以使信息数据获取全面而且实时性高，有利于用户对加工状况的分析和诊断，让用户对指令序列和加工状态信息的同时观测更简便和清晰。但是，该方法仅仅将机床加工状态数据用于可视化，并没有对数据做基于指令序列的深层挖掘与利用。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于指令域分析的数控机床刀库的性能评估方法，通过利用数控机床自动生成的数控加工程序和采集机床的大数据，由此解决数控机床使用过程中的刀具性能评估的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于指令域分析的数控机床刀库的性能评估方法，其特征在于，该性能评估方法包括下列步骤：(a)在待评估的数控机床中输入预设参数，该数控机床根据所述预设参数自动生成数控加工程序，然后该数控机床按照所述数控加工程序运行；(b)所述数控机床的数控系统而非数据采集与传输硬件设备，采集该数控机床运行时机床总数据，该机床总数据包括所述数控系统内部电控数据和外接传感器的物理和几何数据，其中，所述物理和几何数据包括温度、振动和空间误差；(c)采用指令域分析方法计算得到刀库性能指标，其中，所述指令域分析方法首先在所述数控加工程序中找出单次换刀指令所在行行号，根据该行号从所述机床总数据中分离出所述单次换刀指令对应换刀过程的机床数据，然后对该机床数据进行计算得到所述单次换刀过程的性能指标，进一步由所有所述单次换刀过程的性能指标分析计算得到刀库性能指标：所述刀库性能指标包括平均每次换刀的主轴重定向次数、换刀时间、刀库选刀时间、主轴定向时间、主轴电流均值、Z轴电流均值和单次换刀中最大的主轴电流波动、Z轴电流波动；(d)将所述刀库性能指标与预设性能标准进行比较评估，从而得到所需的性能评估结果：(d1)当所述刀库性能指标与预设性能标准相符合时，则将所述性能评估结果存储并以数据或图形的方式在所述数控机床上显示；(d2)当所述刀库性能指标与预设的性能标准不符合时，将所述性能评估结果存储，同时所述数控机床报警并显示不符合的刀库性能指标。优选地，在步骤(a)中，所述预设参数优选包括刀库换刀次数、换刀模式和刀库旋转模式。优选地，在步骤(b)中，所述电控数据还包括所述数控加工程序当前运行的行号，主轴功率、主轴电流、进给轴电流、位置跟随误差、指令位置、实际位置、指令速度、实际速度、指令加速度、实际加速度和所述数控系统中寄存器数据。优选地，在步骤(c)中，所述单次换刀性能指标包括主轴重定向次数、换刀时间、刀库选刀时间、主轴定向时间、主轴电流均值、主轴电流波动、Z轴电流均值、Z轴电流波动。总体而言，通过本专利技术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：1、本专利技术直接通过数控系统采集数据，与现有技术相比较，不需要额外的搭建实验平台、也不需要安装额外的传感器，同时可以在数控机床正常工作的条件下或者数控机床飞工作状态下采集数据，不影响数控机床的正常工作，下实现对数控机床刀库性能状态进行检测和评估；2、本专利技术通过利用数控机床自动生成的数控加工程序和采集机床的大数据来获取刀库的性能数据，相比于现有技术和方法，本专利技术并不限制数控机床使用的刀库种类，任何可以在数控机床上使用的刀库都可以采用本专利技术的方法，而且本专利技术还具备应用成本低、操作简单方便等优势；3、通过本专利技术通过现对数控机床刀库全生命周期的性能状态检测与评估，能及时发现刀库性能状态变化趋势，预测刀库发生故障的可能，在故障发生前进行处理，提高刀库的可靠性水平，实现了数控机床指令序列的深层挖掘和利用，进而提高数控加工中心整机的可靠性水平。附图说明图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的性能评估方法的流程图；图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的数控机床自动生成的数控加工程序示意图；图3是按照本专利技术的优选实施例所构建的用指令域分析方法单独提取出的一次换刀T指令数据的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1是按照本专利技术的优选实施例所构建的性能评估方法的流程图，如图1所示，本实例选取对象为宝鸡机床厂的VMC850B加工中心，其配置的刀库为斗笠式刀库，数控系统为华中数控HNC-818B。本专利技术实施包括以下步骤：步骤一：用户通过输入换刀次数和选择换刀模式、刀库旋转模式进行数控加工程序配置的自定义配置，其中换刀模式包括相邻刀位换刀、跳过一个刀位换刀、跳过多个刀位换刀，刀库旋转模式包括正转换刀、反转换刀、正转与反转混合换刀。当用户完成自定义配置并按下确认键后，根据配置自动生成数控加工程序，并控制数控系统加载该数控加工程序。本实例的数控加工程序主要由换刀T指令和G04暂停指令组成，当用户配置为16次换刀、跳过一个刀位换刀、正转与反转混合换刀时，生成的数控加工程序，图2是按照本专利技术的优选实施例所构建的数控机床自动生成的数控加工程序示意图，如图2所示，其主要由换刀T指令和G04暂停指令组成。步骤二：数控系统加载步骤1所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于指令域分析的数控机床刀库的性能评估方法，其特征在于，该性能评估方法包括下列步骤：(a)在待评估的数控机床中输入预设参数，该数控机床根据所述预设参数自动生成数控加工程序，然后该数控机床按照所述数控加工程序运行；(b)所述数控机床的数控系统而非数据采集与传输硬件设备，采集该数控机床运行时机床总数据，该机床总数据包括所述数控系统内部电控数据和外接传感器的物理和几何数据，其中，所述物理和几何数据包括温度、振动和空间误差；(c)采用指令域分析方法计算得到刀库性能指标，其中，所述指令域分析方法首先在所述数控加工程序中找出单次换刀指令所在行行号，根据该行号从所述机床总数据中分离出所述单次换刀指令对应的单次换刀过程的机床数据，然后对该机床数据进行计算得到所述单次换刀过程的性能指标，所有所述单次换刀过程的性能指标进一步分析计算得到刀库性能指标：所述刀库性能指标包括平均每次换刀的主轴重定向次数、换刀时间、刀库选刀时间、主轴定向时间、主轴电流均值、Z轴电流均值和单次换刀中最大的主轴电流波动、Z轴电流波动；(d)将所述刀库性能指标与预设性能标准进行比较评估，从而得到所需的性能评估结果：(d1)当所述刀库性能指标与预设性能标准相符合时，则将所述性能评估结果存储并以数据或图形的方式在所述数控机床上显示；(d2)当所述刀库性能指标与预设的性能标准不符合时，将所述性能评估结果存储，同时所述数控机床报警并显示不符合的刀库性能指标。...

【技术特征摘要】
1.一种基于指令域分析的数控机床刀库的性能评估方法，其特征在于，该性能评估方法包括下列步骤：(a)在待评估的数控机床中输入预设参数，该数控机床根据所述预设参数自动生成数控加工程序，然后该数控机床按照所述数控加工程序运行；(b)所述数控机床的数控系统而非数据采集与传输硬件设备，采集该数控机床运行时机床总数据，该机床总数据包括所述数控系统内部电控数据和外接传感器的物理和几何数据，其中，所述物理和几何数据包括温度、振动和空间误差；(c)采用指令域分析方法计算得到刀库性能指标，其中，所述指令域分析方法首先在所述数控加工程序中找出单次换刀指令所在行行号，根据该行号从所述机床总数据中分离出所述单次换刀指令对应的单次换刀过程的机床数据，然后对该机床数据进行计算得到所述单次换刀过程的性能指标，所有所述单次换刀过程的性能指标进一步分析计算得到刀库性能指标：所述刀库性能指标包括平均每次换刀的主轴重定向次数、换刀时间、刀库选刀时间、主轴定向时间、主轴电流均值、Z轴电流均值和单次换刀中最大的主轴电流波动、Z轴电流波动...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈吉红，向华，潘成龙，周会成，周浩，
申请(专利权)人：华中科技大学，襄阳华中科技大学先进制造工程研究院，
类型：发明
国别省市：湖北,42