基于振动的高灵敏度数控机床加工过程断刀实时监测装置制造方法及图纸

技术编号:26015923 阅读:40 留言:0更新日期:2020-10-23 20:32
本实用新型专利技术公开了一种基于振动的高灵敏度数控机床加工过程断刀实时监测装置,包括振动传感器,振动传感器设置在数控机床的切削振动影响区域,振动传感器连接振动监测模块,将传感器信号接入振动监测模块,振动监测模块与数控机床分别接入监控网络,通过计算机端远程实时提取振动信号并与设定值进行比较用于实时监测。本实用新型专利技术基于振动信号特征实时监测加工过程中断刀状态,利用了切削前后全频段对比排序的方法,灵敏度高,反应迅速,特别适用于小刀具长时间高速精加工等难以监测的情况。

【技术实现步骤摘要】
基于振动的高灵敏度数控机床加工过程断刀实时监测装置
本技术属于数控加工
,具体涉及一种基于振动的高灵敏度数控机床加工过程断刀实时监测装置。
技术介绍
数控机床在加工过程中,由于走刀路径不合理、切削力不稳定、刀具一致性差、工件材质不均匀、刀具老化、应力疲劳等原因,极易发生刀具断裂,尤其在小直径刀具高速加工中最为常见。此外,断刀后由于刀具尺寸小、切削用量少、切削液影响等原因,不能够被及时发现,将影响后续加工流程,浪费大量加工时间,尤其加工时间较长的半精加工或精加工过程。即使能够发现断刀,也不能判断准确时间,无法合理安排剩余加工工序。因此很有必要寻找一种能够实时监测刀具断刀状况的方法,来处理加工过程中的断刀问题。数控机床在加工过程中发生刀具断裂时,如果不能被及时发现,将影响后续加工流程,浪费大量加工时间,尤其在使用小刀具进行长时间的持续半精加工或精加工过程中。小刀具高速加工时,本身尺寸小,切削用量少,再加上切削液的影响,不再能够根据肉眼观察或声音来判断刀具是否断刀。现有技术方案包括非实时监测和实时监测两种,非实时监测主要有接触式对刀检测、激光光束检测、工业相机图像识别检测等,在刀具加工前后,将刀具移动到指定检测位置,采用以上方法,进行断刀监测。实时监测通过实时监测加工过程中刀具断裂前后的关键特征量来判断刀具断刀状态,主要有主轴或变频器的电机电流、声信号、振动信号等。其中通过振动信号来判断的方法包括在刀柄中内置振动传感器等。通过现有对刀仪等检测断刀的技术:是非实时监测,需要刀具加工前后运动到指定位置测试刀具有无断刀,额外增加了时间,无法实时判断加工过程中的断刀,实时性差。通过主轴电流负载等检测断刀的技术:在小刀具高速半精或精加工时,由于微小切削用量,断刀前后主轴或变频器的电机电流无明显稳定变化,即灵敏度不高,不能有效判断刀具断刀现象。通过声波的采样分析断刀的技术:声波分析较为复杂,同时要求没有外部声音干扰,对环境因素要求较高。振动传感器内置在刀柄中的技术:小空间内集成多部件,结构复杂、成本高,且需要分别设计多种类型的刀柄。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,提供一种基于振动的高灵敏度数控机床加工过程断刀实时监测装置,实现加工过程中实时、高灵敏度地监测刀具断刀情况。本技术采用以下技术方案:基于振动的高灵敏度数控机床加工过程断刀实时监测装置,包括振动传感器,振动传感器设置在数控机床的切削振动影响区域,振动传感器连接振动监测模块,将传感器信号接入振动监测模块,振动监测模块与数控机床分别接入监控网络,通过计算机端远程实时提取振动信号并与设定值进行比较用于实时监测。具体的,数控机床切削振动影响区域包括工件、治具和主轴。进一步的,振动传感器设置在治具前后左右四个竖直侧面上。进一步的,振动传感器设置在主轴的端部位置。与现有技术相比,本技术至少具有以下有益效果:本技术一种基于振动的高灵敏度数控机床加工过程断刀实时监测装置,不限定振动传感器的安装位置,只需在加工时的振动影响区域安装即可,无需设计复杂的安装结构;实时采集并分析加工时的振动信号,全频段分析特征信号,高灵敏度分析判断刀具断刀情况,断刀后及时报警通知,提供断刀时间参考,辅助工艺人员优化工艺,避免不必要的时间浪费,提高生产效率。进一步的,能够利用振动传感器实时监测数控机床加工过程中的振动特征,处理得到当前特征值,与未切削时的基准特征值做对比,从而判断刀具的断刀状态,在发生断刀时及时示警并提示断刀时间。本装置安装简单,使用方便,灵敏度高,反应迅速,能够满足数控机床加工过程中断刀监测的需求。进一步的,振动传感器安装在治具前后左右四个竖直侧面,能够有效感知刀具切削时产生的振动。刀具切削工件时,产生的振动以X向、Y向振动为主,因此传感器应安装在与X向、Y向垂直的竖直平面内;传感器安装在工件上会影响工件加工,而加工时的振动能从工件上切削点传递到与工件刚性连接的治具,即通过在治具前后左右四个竖直侧面安装振动传感器能够准确反映切削时的振动特征。进一步的,在治具上安装振动传感器不方便的情况下,可将振动传感器安装在主轴端部。例如五轴数控机床加工过程中治具伴随A、C轴旋转,影响振动传感器信号线的引出,此时将振动传感器安装在主轴端部能够感知从刀具切削位置传递过来的振动。进一步的,选用IFM厂家的VSA005振动传感器,其采样率最大为100kHz,响应频率达10kHz,因此感知频率范围大,能够感知高速加工时产生的高频率振动。进一步的,本装置采集振动特征信号时,不需要分辨刀具此刻是否处于空走刀状态。通过设定最大连续超限次数,能够适用于空走刀连续时长小于最大连续超限次数乘以监测间隔时间的情况。综上所述,本技术基于振动特征信号实时监测加工过程中断刀状态,利用了切削前后全频段对比排序的方法,灵敏度高,反应迅速,特别适用于小刀具长时间高速精加工等难以监测的情况。下面通过附图和实施例,对本技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明图1为振动传感器安装位置示意图;图2为振动监测模块网络连接示意图;图3为断刀监测流程图。其中:1.主轴;2.工件;3.治具。具体实施方式在本技术的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本技术和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本技术的限制。此外,在本技术的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。在本技术的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。请参阅图1,本技术提供了一种基于振动的高灵敏度数控机床加工过程断刀实时监测装置,使用强力磁铁吸附或螺纹连接等方式将振动传感器固定在数控机床切削振动影响区域,具体包括工件2、治具3的前后左右四个竖直侧面上或主轴1的端部位置,振动传感器选用IFM厂家的VSA005振动传感器,响应频率达10kHz,将传感器信号线接入安装在电控柜中的振动监测模块。请参阅图2,断刀实时监测装置由数控机床、振动监测模块、网络交互设备(路由器、交换机等)、监控网络、运行有断刀监测程序的远程计算机等组成。其中,振动监测模块选用IFM厂家的VSE100,该模块可对VSA005振动传感器经信号线本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.基于振动的高灵敏度数控机床加工过程断刀实时监测装置,其特征在于,包括振动传感器,振动传感器设置在数控机床的切削振动影响区域,振动传感器连接振动监测模块,将传感器信号接入振动监测模块,振动监测模块与数控机床分别接入监控网络,通过计算机端远程实时提取振动信号并与设定值进行比较用于实时监测。/n

【技术特征摘要】
1.基于振动的高灵敏度数控机床加工过程断刀实时监测装置,其特征在于,包括振动传感器,振动传感器设置在数控机床的切削振动影响区域,振动传感器连接振动监测模块,将传感器信号接入振动监测模块,振动监测模块与数控机床分别接入监控网络,通过计算机端远程实时提取振动信号并与设定值进行比较用于实时监测。


2.根据权利要求1所述的基于振动的高灵敏度数控机床加工过程断刀实时监测装置...

【专利技术属性】
技术研发人员:肖亮王齐刘茹侯小刚
申请(专利权)人:西安精雕精密机械工程有限公司
类型:新型
国别省市:陕西;61

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