CN111399444A - 机械加工过程智能控制*** - Google Patents
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Abstract
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种机械加工过程智能控制***，机床加工过程监控***是指对机床加工过程中的某些工作状态数据进行数据采集和处理，通过将实际特征参数与正常值进行比较，从而掌握数控机床的实际工作状态，了解设备工作是否正常合理，同时为故障诊断和预测提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及机床设备加工状态的监控方法，针对机床设备磨削加工过程在线监控的技术领域，具体是一种机械加工过程智能控制***。
背景技术
随着技术的进步，制造业设备的复杂程度和智能化程度不断提高，然而复杂设备因其结构的复杂性，而使其在提高功能或性能时，给***的可靠性、安全性、可用性、经济性等方面带来了一系列难题，***发生故障或失效的潜在可能性也越来越大。对设备自动化加工过程进行状态监测的主要目的就是要保证加工***的安全运行，合理并优化使用自动化设备，避免设备故障，保证加工工件质量，减少额外的辅助工作时间，提高生产效率和设备利用率。同时，设备的状态监测也是对设备进行故障诊断的基础。机床是现代高科技发展的产物，每当一批零件开始加工时，有大量的检测需要完成，包括夹具和零件的装卡、找正、零件编程原点的测定、首件零件的检测、工序间检测及加工完毕检测等。为了使机床加工过程安全、可靠、高效、高质量地进行，对加工设备进行状态监测就变得非常重要。本申请方案提出了一种机械加工过程智能控制***。
目前，国内大多数机床监控***属于专用***，其开放性较差，已不能满足当今制造业的发展需求。而计算机软件技术及工业控制网络技术的发展，使得机床信息采集与监测技术研发得以推广。机床多用PLC控制，同时计算机网络是快捷、高效、广普的信息传递媒介。PC—PLC网络因而成为数控机床数据采集与监控的主要研究方向。但是一方面由于机床的封闭性，实际应用中很难直接从PLC读取机床的各种信息；另一方面，一些数控机床厂商如SIEMENS，FANUC等开发有针对自己机床数据采集与监测的软件，但是大多价格昂贵。
发明内容
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种机械加工过程智能控制***，机床加工过程监控***是指对机床加工过程中的某些工作状态数据进行数据采集和处理，通过将实际特征参数与正常值进行比较，从而掌握数控机床的实际工作状态，了解设备工作是否正常合理，同时为故障诊断和预测提供依据。
其中，具体技术方案为：
一、机械加工过程智能控制***由软件和硬件组成。
硬件部分由以下几部分组成：
(1)机械加工设备本体
本体是实现加工、检测的基础，其工作部件是实现所需基本运动的部件，它的传动部件的精度直接影响着加工、检测的精度。
(2)数控***
采用CNC数控***，其主要特点是输入存储、数控加工、插补运算以及机床各种控制功能都通过程序来实现。计算机、控制器、采集***与CNC 数控***之间可通过接口设备联接，当控制对象或功能改变时，只需改***件和接口。CNC***由中央处理存储器和输入输出接口组成，中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成。
(3)伺服***
伺服***是数控的重要组成部分，用以实现数控机床的进给位置伺服控制和主轴转速(或位置)伺服控制。伺服***的性能是决定机床加工精度、测量精度、表面质量和生产效率的主要因素。
(4)测量***
测量***有接触触发式测头、信号传输***和数据采集***组成，是数控机床在线检测***的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，根据测量结果自动修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。测头按功能可分为工件检测测头和刀具测头；按信号传输方式可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式；按接触形式可分为接触测量和非接触测量，用户可根据机床的具体型号选择合适的配置。
测头安装在主轴、工作台、工件上，其信号汇集到采集***，采集***反馈至控制器，控制器计算对比后通过CNC传递给伺服***，伺服***再控制执行部件；
软件组成为：
通过计算机进行测量数据的采集和处理、检测数控程序的生成、检测过程的仿真及与数控机床通信等功能。
具体为包括采集技术，模型库，参数优化管理，专家库***；采集技术负责数据的采集，模型库存储数据模型，参数优化管理优化参数设计，专家库***存储专家数据。
二、机械加工过程智能控制***工作原理
实现监控时，首先要在计算机辅助编程***上自动生成检测主程序，将检测主程序由通信接口传输给数控机床，通过G31跳步指令，使测头按程序规定路径运动，当测球接触工件时发出触发信号，通过测头与数控***的专用接口将触发信号传到转换器，并将触发信号转换后传给机床的控制***，该点的坐标被记录下来。信号被接收后，机床停止运动，测量点的坐标通过通信接口传回计算机，然后进行下一个测量动作。上位机通过监测CNC***返回的测量值，可对***测量结果进行计算补偿及可视化等各项数据处理工作。
三、机械加工过程智能控制***编程
监控***体现在检测程序的编制上，检侧程序编制质量的优劣直接影响到检测效果。自主开发软件的编程方式有：基于C、C++、VC++、VB、 Delphi开发平台的在线检测编程和基于CAD开发平台的在线检测编程。
检测部分主要模块的功能如下：
(1)测量主程序自动生成模块：主要完成零件待测信息的输入，生成检测主程序。
(2)误差补偿模块：对测量过程中所产生的误差进行补偿，提高测量精度。
(3)通信模块：完成主程序与被调用宏程序的发送及测量点坐标信息的接收。
(4)测量宏程序模块：实现宏程序的管理和内部调用。主模块要实现对宏程序的查找、增添、修改及删除等操作。
(5)数据处理模块：对测量点坐标进行补偿，完成各种尺寸及精度计算。通过打开测量结果数据文件，获得测量点坐标信息，经过相应的运算过程最终得到所测值。
本发明相对于现有技术具有如下有益效果：
机械加工过程监测***的研究是当前制造业市场的需求，是保证自动化加工顺利进行，降低生产成本，提高产品质量，阻止并预防加工过程出现故障的有力保障。本申请方案能够保证机械加工过程精度，将检测技术融于加工的内容之中，采用在线测量的方式，能使操作者及时发现工件存在的问题，并反馈给数控***。在线测量技术应用于数控***，其最直接的经济效益就在在于既节省了工时又提高了测量精度。而且由于利用了机械加工过程的功能，使得数控***能及时得到检测***所反馈的信息，从而能及时修正***误差和随机误差。
附图说明
图1为机械加工过程智能控制***示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
一、机械加工过程智能控制***由软件和硬件组成。
硬件部分由以下几部分组成：
(1)机械加工设备本体
本体是实现加工、检测的基础，其工作部件是实现所需基本运动的部件，它的传动部件的精度直接影响着加工、检测的精度。
(2)数控***
采用CNC数控***，其主要特点是输入存储、数控加工、插补运算以及机床各种控制功能都通过程序来实现。计算机、控制器、采集***与CNC 数控***之间可通过接口设备联接，当控制对象或功能改变时，只需改***件和接口。CNC***由中央处理存储器和输入输出接口组成，中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成。
(3)伺服***
伺服***是数控的重要组成部分，用以实现数控机床的进给位置伺服控制和主轴转速(或位置)伺服控制。伺服***的性能是决定机床加工精度、测量精度、表面质量和生产效率的主要因素。
(4)测量***
测量***有接触触发式测头、信号传输***和数据采集***组成，是数控机床在线检测***的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，根据测量结果自动修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。测头按功能可分为工件检测测头和刀具测头；按信号传输方式可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式；按接触形式可分为接触测量和非接触测量，用户可根据机床的具体型号选择合适的配置。
测头安装在主轴、工作台、工件上，其信号汇集到采集***，采集***反馈至控制器，控制器计算对比后通过CNC传递给伺服***，伺服***再控制执行部件；
软件组成为：
通过计算机进行测量数据的采集和处理、检测数控程序的生成、检测过程的仿真及与数控机床通信等功能。
具体为包括采集技术，模型库，参数优化管理，专家库***；采集技术负责数据的采集，模型库存储数据模型，参数优化管理优化参数设计，专家库***存储专家数据。
二、机械加工过程智能控制***工作原理
实现监控时，首先要在计算机辅助编程***上自动生成检测主程序，将检测主程序由通信接口传输给数控机床，通过G31跳步指令，使测头按程序规定路径运动，当测球接触工件时发出触发信号，通过测头与数控***的专用接口将触发信号传到转换器，并将触发信号转换后传给机床的控制***，该点的坐标被记录下来。信号被接收后，机床停止运动，测量点的坐标通过通信接口传回计算机，然后进行下一个测量动作。上位机通过监测CNC***返回的测量值，可对***测量结果进行计算补偿及可视化等各项数据处理工作。
三、机械加工过程智能控制***编程
监控***体现在检测程序的编制上，检侧程序编制质量的优劣直接影响到检测效果。自主开发软件的编程方式有：基于C、C++、VC++、VB、 Delphi开发平台的在线检测编程和基于CAD开发平台的在线检测编程。
检测部分主要模块的功能如下：
(1)测量主程序自动生成模块：主要完成零件待测信息的输入，生成检测主程序。
(2)误差补偿模块：对测量过程中所产生的误差进行补偿，提高测量精度。
(3)通信模块：完成主程序与被调用宏程序的发送及测量点坐标信息的接收。
(4)测量宏程序模块：实现宏程序的管理和内部调用。主模块要实现对宏程序的查找、增添、修改及删除等操作。
(5)数据处理模块：对测量点坐标进行补偿，完成各种尺寸及精度计算。通过打开测量结果数据文件，获得测量点坐标信息，经过相应的运算过程最终得到所测值。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。
Claims (5)
1.一种机械加工过程智能控制***，其特征在于：机械加工过程智能控制***由软件和硬件组成；
硬件部分由以下几部分组成：
(1)机械加工设备本体
本体是实现加工、检测的基础，其工作部件是实现所需基本运动的部件，它的传动部件的精度直接影响着加工、检测的精度；
(2)数控***
采用CNC数控***，其主要特点是输入存储、数控加工、插补运算以及机床各种控制功能都通过程序来实现。计算机、控制器、采集***与CNC数控***之间可通过接口设备联接，当控制对象或功能改变时，只需改***件和接口。CNC***由中央处理存储器和输入输出接口组成，中央处理器又由存储器、运算器、控制器和总线组成；
(3)伺服***
伺服***是数控的重要组成部分，用以实现数控机床的进给位置伺服控制和主轴转速(或位置)伺服控制。伺服***的性能是决定机床加工精度、测量精度、表面质量和生产效率的主要因素；
(4)测量***
测量***有接触触发式测头、信号传输***和数据采集***组成，是数控机床在线检测***的关键部分，直接影响着在线检测的精度。其中关键部件为测头，使用测头可在加工过程中进行尺寸测量，根据测量结果自动修改加工程序，改善加工精度，使得数控机床既是加工设备，又兼具测量机的某种功能。测头按功能可分为工件检测测头和刀具测头；按信号传输方式可分为硬线连接式、感应式、光学式和无线电式；按接触形式可分为接触测量和非接触测量，用户可根据机床的具体型号选择合适的配置。
2.如权利要求1所述的机械加工过程智能控制***，其特征在于：测头安装在主轴、工作台、工件上，其信号汇集到采集***，采集***反馈至控制器，控制器计算对比后通过CNC传递给伺服***，伺服***再控制执行部件。
3.如权利要求2所述的机械加工过程智能控制***，其特征在于：软件组成为：通过计算机进行测量数据的采集和处理、检测数控程序的生成、检测过程的仿真及与数控机床通信等功能；具体为包括采集技术，模型库，参数优化管理，专家库***；采集技术负责数据的采集，模型库存储数据模型，参数优化管理优化参数设计，专家库***存储专家数据。
4.如权利要求3所述的机械加工过程智能控制***，其特征在于：实现监控时，首先要在计算机辅助编程***上自动生成检测主程序，将检测主程序由通信接口传输给数控机床，通过G31跳步指令，使测头按程序规定路径运动，当测球接触工件时发出触发信号，通过测头与数控***的专用接口将触发信号传到转换器，并将触发信号转换后传给机床的控制***，该点的坐标被记录下来。信号被接收后，机床停止运动，测量点的坐标通过通信接口传回计算机，然后进行下一个测量动作。上位机通过监测CNC***返回的测量值，可对***测量结果进行计算补偿及可视化等各项数据处理工作。
5.如权利要求4所述的机械加工过程智能控制***，其特征在于：监控***体现在检测程序的编制上，检侧程序编制质量的优劣直接影响到检测效果。自主开发软件的编程方式有：基于C、C++、VC++、VB、Delphi开发平台的在线检测编程和基于CAD开发平台的在线检测编程；
检测部分主要模块的功能如下：
(1)测量主程序自动生成模块：主要完成零件待测信息的输入，生成检测主程序；
(2)误差补偿模块：对测量过程中所产生的误差进行补偿，提高测量精度；
(3)通信模块：完成主程序与被调用宏程序的发送及测量点坐标信息的接收；
(4)测量宏程序模块：实现宏程序的管理和内部调用。主模块要实现对宏程序的查找、增添、修改及删除等操作；
(5)数据处理模块：对测量点坐标进行补偿，完成各种尺寸及精度计算。通过打开测量结果数据文件，获得测量点坐标信息，经过相应的运算过程最终得到所测值。
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