基于LabView与单片机的机床振动监测系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种基于LabView与单片机的机床振动监测系统，具有数据采集单元、PC上位机程序单元以及单片机逻辑控制单元，其中：数据采集单元采集机床振动数据传入PC上位机程序单元；PC上位机程序单元对机床振动数据进行分析计算，输出控制指令至单片机逻辑控制单元；单片机逻辑控制单元对控制指令进行逻辑处理后向机床PLC发送主轴转速倍率变动、进给倍率变动以及急停处理信号。本实用新型专利技术采用的PC与机床通信使用单片机最小系统以及继电器模组，仅需要进行简单连线，并修改极小部分PLC程序，即可实现对机床主轴及进给的动态控制，可以在各种低端数控机床上实现，具有操作简单明了、通用性强以及价格低廉等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于LabView与单片机的机床振动监测系统
本技术涉及一种机床振动监测技术，具体地说是一种基于LabView与单片机的机床振动监测系统。
技术介绍
机床加工振动是影响工件表面质量的一个重要因素，数控机床在加工过程中，刀具与工件接触面随主轴转动对机床产生振动激励，又由于机床装配、工件装卡以及加工工艺等因素使得振动预测难以实现，当加工程序编制完成并运行之后，加工过程中加工参数便已固定，因此机床对加工过程中的突发情况，如撞刀、振动加剧等情况无法做出应对。专利号为CN201420471749.X的一种机床振动在线监控系统是通过机床数控系统对主轴进行监测控制，需要数控系统对其开放相应权限，且功能单一，仅能实现报警功能。专利号为CN201320505108.7的一种机床的振动传感监测装置以及专利号为CN201120096755.8的一种机床运行监测系统仅能采集振动信号，不能使机床自动做出反应。
技术实现思路
针对现有技术中机床对加工过程中因振动产生的突发情况无法做出应对等不足，本技术要解决的问题是提供一种具有振动抑制功能、实现回路控制的LabView与单片机的机床振动监测系统。为解决上述技术问题，本技术采用的技术方案是：本技术一种基于LabView与单片机的机床振动监测系统，具有数据采集单元、PC上位机程序单元以及单片机逻辑控制单元，其中：数据采集单元采集机床振动数据传入PC上位机程序单元；PC上位机程序单元对机床振动数据进行分析计算，输出控制指令至单片机逻辑控制单元；单片机逻辑控制单元对控制指令进行逻辑处理后向机床PLC发送主轴转速倍率变动、进给倍率变动以及急停处理信号。所述数据采集单元包含TEDS加速度传感器以及数据采集卡，其中TEDS传感器置于机床主轴振动数据采集点，通过信号线与数据采集卡相连，数据采集卡通过USB连接线与PC上位机程序单元相连。所述单片机逻辑控制单元包含单片机以及继电器模组，其中单片机通过信号线与PC上位机程序单元相连，继电器模组输入端通过信号线与单片机相连，输出端通过信号线与机床PLC相连。本技术具有以下有益效果及优点：1.本技术机床振动监测系统采用NI-USB4431数据采集卡及智能TEDS加速度传感器，可以方便的进行机床切削振动数据采集、分析以及报告生成，可以替代价格昂贵的振动分析仪，并且具备体积小、携带方便等优点，并且可以根据公司需求进行程序调整，高效与CNAS检测标准衔接。2.本技术采用的PC与机床通信使用单片机最小系统以及继电器模组，仅需要进行简单连线，并修改极小部分PLC程序，即可实现对机床主轴及进给的动态控制，不需要机床数控系统的额外授权，甚至可以在各种低端数控机床上实现，具有操作简单明了、通用性强以及价格低廉等优点，解决了长久以来机床性能研究仅能测试不能动态操控的短板，可以提高研究成果向生产的转化速度。3.本技术基于模糊数学模型，可以实时监测机床加工振动数据，根据自定义模糊规则在一定范围内动态调整机床加工参数，优化加工参数，减小机床加工振动，借以达到提高加工表面质量的目的，同时该系统实现方式为自定义模糊规则，因此天然提供了自学习功能扩展，为后续的智能加工研究提供了接口。4.本技术采用单片机技术，可以很方便的扩展为芯片级集成，使监测系统脱离计算机的限制，方便的集成到机床数控系统中，使得系统提供的撞刀保护功能能够以较低的价格在几乎所有的高端到低端数控机床上实现，提升机床的技术含量，而振动抑制功能则可以采用中高端芯片，在更新为集成芯片程序后，扩展到中高端机床上。附图说明图1为本技术组成及数据流动方向示意图；图2为本技术中PC上位机程序单元组成框图；图3为本技术中数据采集单元组成框图；图4为本技术中单片机逻辑控制单元组成框图；图5为本技术中机床加工振动信号采集过程及数据流向示意图；图6为本技术中机床加工撞刀保护过程及数据流向示意图；图7为本技术中机床动态智能加工过程及数据流向示意。其中，1为机床，2为TEDS加速度传感器，3为数据采集卡，4为单片机，5为继电器模块。具体实施方式下面结合说明书附图对本技术作进一步阐述。如图1所示，本技术一种基于LabView与单片机的机床振动监测系统，具有数据采集单元、PC上位机程序单元以及单片机逻辑控制单元，其中：数据采集单元采集机床1的振动数据传入PC上位机程序单元；PC上位机程序单元对机床振动数据进行分析计算，输出控制指令至单片机逻辑控制单元；单片机逻辑控制单元对控制指令进行逻辑处理后向机床PLC发送主轴转速倍率变动、进给倍率变动以及急停处理信号，机床PLC程序将该信号写入机床系统运行指定内存。如图2所示，所述PC上位机程序单元包括TEDS传感器自动检测模块、信号显示模块、数据库模块、信号阈值比较模块、信号规律分析模块、串口通信模块、系统设置模块以及模拟测试模块；其中，系统设置模块提供PC机上位程序单元阈值设置、串口参数设置、传感器参数设置以及数据库管理设置功能；模拟测试模块提供手动调试PC上位机程序单元控制机床启停功能、主轴转速倍率控制、进给倍率控制功能。如图3所示，所述数据采集单元包含TEDS加速度传感器以及数据采集卡，其中TEDS传感器置于机床主轴振动数据采集点，通过信号线与数据采集卡相连，数据采集卡通过USB连接线与PC上位机程序单元相连。如图4所示，所述单片机逻辑控制单元包含单片机以及继电器模组，其中单片机通过信号线与PC上位机程序单元相连，继电器模组输入端通过信号线与单片机相连，输出端通过信号线与机床PLC相连；单片机中运行单片机逻辑控制程序。本技术基于LabView与单片机的机床振动监测系统通过以下方法实现其控制过程：数据采集单元采集机床振动数据传入PC上位机程序单元；PC上位机程序单元接收数据采集单元采集的机床振动数据，对机床振动数据进行分析计算，输出控制指令至单片机逻辑控制单元；单片机逻辑控制单元对控制指令进行逻辑处理后向机床PLC发送主轴转速倍率变动、进给倍率变动以及急停处理信号，机床PLC程序将该信号写入机床系统运行指定内存；机床系统在加工过程中实时调整主轴转速、进给速度变化或者使机床进行急停动作(与撞刀保护相关)。如图5所示，本技术通过TEDS加速度传感器采集机床振动数据传入数据采集卡，数据采集卡转换为PC机可识别信号，通过基于LabView编制的上位机程序系统分析计算，使用串口发出控制指令，由单片机对控制指令进行逻辑处理并经由继电器模组向机床PLC发送主轴转速倍率变动、进给倍率变动以及急停处理信号，机床PLC程序将该信号写入机床系统运行指定内存，从而在加工过程中实时调整主轴转速、进给速度变化或者使机床进行急停动作。PC上位机程序单元接收数据采集单元采集的机床振动数据，对机床振动数据进行计算、分析包括：建立检测通道，PC上位机程序单元通过其内部TEDS传感器自动检测模块检测数据采集单元中TEDS加速度传感器，读取TEDS加速度传感器参数，并由信号显示模块进行显示。由数据库模块进行数据记录，通过信号阈值比较模块进行阈值比较、信号规律分析模块进行分析，所得结果经由串口通信模块传送至单片机逻辑控制单元。本实施例中，信号规律分析模块本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LabView与单片机的机床振动监测系统，其特征在于：具有数据采集单元、PC上位机程序单元以及单片机逻辑控制单元，其中：数据采集单元采集机床振动数据传入PC上位机程序单元；PC上位机程序单元对机床振动数据进行分析计算，输出控制指令至单片机逻辑控制单元；单片机逻辑控制单元对控制指令进行逻辑处理后向机床PLC发送主轴转速倍率变动、进给倍率变动以及急停处理信号。

【技术特征摘要】
1.一种基于LabView与单片机的机床振动监测系统，其特征在于：具有数据采集单元、PC上位机程序单元以及单片机逻辑控制单元，其中：数据采集单元采集机床振动数据传入PC上位机程序单元；PC上位机程序单元对机床振动数据进行分析计算，输出控制指令至单片机逻辑控制单元；单片机逻辑控制单元对控制指令进行逻辑处理后向机床PLC发送主轴转速倍率变动、进给倍率变动以及急停处理信号。2.按权利要求1所述的基于LabView与单片机的机床振动监测系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：林剑峰，邬铎，曹文智，王凯，谭智，刘阔，姜宇，
申请(专利权)人：沈阳机床股份有限公司，
类型：新型
国别省市：辽宁,21