CN113894616A - 基于音频波动的加工中心主轴状态监测*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，包括工作台和状态监测***，所述工作台的左端两侧均滑动连接有支架，所述支架的中间固定有滑轨一，所述滑轨一的一侧滑动连接有固定板，所述固定板的一侧固定有滑轨二，所述滑轨二的一侧滑动连接有滑块，所述滑块的一侧固定有固定块，所述滑块的内部开设有通孔，所述通孔的内部设置有主轴，所述固定块的内部有均匀开设有四组凹槽，四组所述凹槽的内部均固定有三组伸缩杆，所述伸缩杆的一端固定有压板，所述压板与主轴相接触，所述状态监测***包括有采集模块、中枢模块和处理模块，本发明，具有实用性强和防止主轴晃动的特点。

Description

基于音频波动的加工中心主轴状态监测***

技术领域

本发明涉及加工中心技术领域，具体为基于音频波动的加工中心主轴状态监测***。

背景技术

当加工中由工件中心处螺旋进刀，向两侧周围扩散加工时，铣刀与工件的接触由厚变薄，从而阻力由大变小，此过程中会使加工中心的主轴晃动，导致加工的零件尺寸有偏差，当阻力为大时，主轴晃动的较为厉害，影响加工质量，而现有的加工中心主轴状态监测***不能通过主轴晃动产生的声音识别主轴晃动的程度，现有的加工中心主轴状态监测***不能自动调节主轴的稳定性，因此，设计实用性强和防止主轴晃动的基于音频波动的加工中心主轴状态监测***是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，包括作台和状态监测***，所述工作台的左端两侧均滑动连接有支架，所述支架的中间固定有滑轨一，所述滑轨一的一侧滑动连接有固定板，所述固定板的一侧固定有滑轨二，所述滑轨二的一侧滑动连接有滑块，所述滑块的一侧固定有固定块，所述滑块的内部开设有通孔，所述通孔的内部设置有主轴，所述固定块的内部有均匀开设有四组凹槽，四组所述凹槽的内部均固定有三组伸缩杆，所述伸缩杆的一端固定有压板，所述压板与主轴相接触。

根据上述技术方案，所述状态监测***包括有采集模块、中枢模块和处理模块，所述采集模块包括有声音采集子模块、距离检测子模块和时间检测子模块，所述中枢模块包括有分析子模块和报警子模块，所述分析子模块包括有音量识别单元和频率统计单元，所述距离检测子模块位于压板的一侧，所述声音采集子模块位于固定块的内部，所述距离检测子模块与频率识别单元为电连接；

所述声音采集子模块用于接收主轴碰撞固定块发出的声音，所述距离检测子模块用于检测压板与凹槽内壁的距离，所述时间检测子模块用于检测主轴抖动的时间，所述分析子模块用于分析主轴的晃动程度，所述音量识别单元用于接收声音采集子模块采集的声音，并识别声音的高度，所述频率统计单元用于统计声音采集子模块的声音发出的次数，所述报警子模块用于报警，使主轴停止运作。

根据上述技术方案，所述采集模块和中枢模块包括以下操作步骤：

A1、将工件放在工作台上，使加工中心的主轴工作，对工件进行加工；

A2、当主轴工作时，与工件接触，会使主轴产生晃动，会产生声音，通过音量采集子模块采集声音，并传输给频率统计单元，以此统计主轴抖动的频率；

A3、通过距离检测子模块检测主轴抖动的幅度，并将信号传输给分析子模块；

A4、通过分析子模块结合主轴抖动的频率和幅度，判断主轴晃动程度。

根据上述技术方案，所述A2包括以下具体操作步骤：

A21、主轴在抖动时，会带动压板向两侧左右推动，从而推动伸缩杆来回伸缩；

A22、伸缩杆伸缩时，使压板与凹槽的内壁距离产生变化，通过距离检测子模块检测压板与凹槽的距离；

A23、声音采集子模块采集的声音传输给音量识别单元，由于加工中心工作时自身会产生声音，声音相对稳定，当主轴抖动时，主轴与固定块发生碰撞，产生的声音较高，通过音量识别单元可以识别较高的音量，并通过频率统计单元统计发出较高音量的次数；

A24、当音量识别单元识别主轴发出的较高的音量时，此时将信号传输给时间检测子模块，将检测主轴抖动的时间传输给频率统计单元，以此判断主轴抖动的频率。

根据上述技术方案，所述S24中，主轴抖动的频率计算公式为：

其中P为主轴抖动的频率，C为较高声音的次数，即主轴晃动的次数，T为主轴抖动的时间，单位为秒，将P分为三个等级，0＜P≤30为慢、30＜P≤70为中和P＞70为快。

根据上述技术方案，所述A3中主轴抖动的幅度比值计算公式为：

式中，

为距离检测的子模块检测压板到凹槽距离的平均值，n为距离检测子模块的个数，l_i为距离检测模块检测的距离，L_总总为压板与凹槽的初始距离，L为距离检测子模块检测的距离与L_总的比值，即主轴抖动的幅度比值。

根据上述技术方案，所述A4中包括以下具体操作步骤：

A41、将L分为两个等级，即主轴的抖动幅度分为两个等级，其中L＜40％，表示主轴抖动的幅度为低级，L≥40%，表示主轴抖动的幅度为高级；

A42、当L＜40％，0＜P≤30时，表示主轴的抖动的幅度为低级，主轴抖动的频率为低级，因此证明主轴晃动的程度可允许的范围内，不需要后续的纠正处理；

A43、当L＜40％，30＜P≤70时，表示主轴的抖动的幅度为低级，主轴抖动的频率为中级，当L≥40%，0＜P≤30时，表述主轴抖动的幅度为高级，主轴抖动的频率为低级，因此证明主轴晃动的程度为低级；

A44、当L＜40％，P＞70时，表示主轴的抖动的幅度为低级，主轴抖动的频率为高级，当L≥40％，30＜P≤70时，表述主轴抖动的幅度为高级，主轴抖动的频率为中级，因此证明主轴晃动的程度为中级；

A45、当L≥40％，P＞70时，表述主轴抖动的幅度为高级，主轴抖动的频率为高级，因此表示主轴晃动的程度为高级，此时将信号传输给报警子模块，通过报警子模块报警提示。

根据上述技术方案，所述凹槽的内部固定有若干伸缩囊，所述伸缩囊的一侧管道连接有气源，所述伸缩囊与气源的管道连接处连接有阀门，所述气源的一端连接有气泵，所述主轴的上方设置有电机，所述电机与滑块的一侧为固定连接，所述主轴与电机的输出轴固定。

根据上述技术方案，所述处理模块包括有开关子模块、调节子模块、急停子模块和锁紧子模块，所述开关子模块阀门为电连接，所述调节子模块与气泵为电连接，所述急停子模块与电机为电连接，所述锁紧子模块与伸缩杆为电连接；

所述开关子模块接收分析子模块的信号，并控制阀门打开，所述调节子模块接收分析子模块的信号，并控制气泵开启，所述急停子模块用于控制电机停止旋转，所述伸缩杆与锁紧子模块为电连接。

根据上述技术方案，所述处理模块包括以下具体操作步骤；

S1、当主轴晃动的程度为低级时，分析子模块将信号传输给锁紧子模块，使锁紧子模块将伸缩幅度小的伸缩杆固定；

S2、当主轴晃动的程度为中级时，分析子模块将信号传输给开关子模块，将与伸缩幅度大的伸缩杆对应伸缩囊的阀门打开，并且也将信号传输给调节子模块，使气泵打开，将外界的气体抽入到伸缩幅度大的伸缩杆相应的伸缩囊中，由于伸缩囊的初始状态为扁形，不会影响距离检测子模块检测的距离，当气体进入到伸缩囊内，使其膨胀；

S3、当主轴晃动的程度由中级到高级变化时，挤压伸缩囊的力度变大，容易使伸缩囊劈裂，使伸缩囊漏气，此时主轴晃动更厉害，分析子模块将信号传输给急停子模块。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过设置有报警子模块，将信号传输给报警子模块，通过报警子模块报警提示，使主轴停止工作，避免主轴晃动太厉害，影响加工质量。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体立体结构示意图；

图2是本发明的A区域局部方法剖视示意图；

图3是本发明的状态监测***示意图；；

图中：1、工作台；2、支架；3、滑轨一；4、滑块；5、滑轨二；6、主轴；7、固定块；8、固定板；9、伸缩杆；10、压板；11、凹槽；12、伸缩囊。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-3，本发明提供技术方案：基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，包括工作台1和状态监测***，工作台1的左端两侧均滑动连接有支架2，支架2的中间固定有滑轨一3，滑轨一3的一侧滑动连接有固定板8，固定板8的一侧固定有滑轨二5，滑轨二5的一侧滑动连接有滑块4，滑块4的一侧固定有固定块7，滑块4的内部开设有通孔，通孔的内部设置有主轴6，固定块7的内部有均匀开设有四组凹槽11，四组凹槽11的内部均固定有三组伸缩杆9，伸缩杆9的一端固定有压板10，压板10与主轴相接触，当加工中心工作时，支架2会在工作台1的两侧滑动，从而带动滑轨一3在工作台上滑动，便于主轴6加工工件。

状态监测***包括有采集模块、中枢模块和处理模块，采集模块包括有声音采集子模块、距离检测子模块和时间检测子模块，中枢模块包括有分析子模块和报警子模块，分析子模块包括有音量识别单元和频率统计单元，距离检测子模块位于压板10的一侧，声音采集子模块位于固定块的内部，距离检测子模块与频率识别单元为电连接；

声音采集子模块用于接收主轴6碰撞固定块7发出的声音，距离检测子模块用于检测压板10与凹槽11内壁的距离，时间检测子模块用于检测主轴6抖动的时间，分析子模块用于分析主轴6的晃动程度，音量识别单元用于接收声音采集子模块采集的声音，并识别声音的高度，频率统计单元用于统计声音采集子模块的声音发出的次数，报警子模块用于报警，使主轴停止运作。

采集模块和中枢模块包括以下操作步骤：

A1、将工件放在工作台1上，使加工中心的主轴6工作，对工件进行加工；

A2、当主轴6工作时，与工件接触，会使主轴6产生晃动，会产生声音，通过音量采集子模块采集声音，并传输给频率统计单元，以此统计主轴抖动的频率；

A3、通过距离检测子模块检测主轴6抖动的幅度，并将信号传输给分析子模块；

A4、通过分析子模块结合主轴6抖动的频率和幅度，判断主轴6晃动程度。

4.根据权利要求3的基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，其特征在于：A2包括以下具体操作步骤：

A21、主轴6在抖动时，会带动压板10向两侧左右推动，从而推动伸缩杆9来回伸缩；

A22、伸缩杆9伸缩时，使压板10与凹槽11的内壁距离产生变化，通过距离检测子模块检测压板10与凹槽11的距离；

A23、声音采集子模块采集的声音传输给音量识别单元，由于加工中心工作时自身会产生声音，声音相对稳定，当主轴6抖动时，主轴6与固定块7发生碰撞，产生的声音较高，通过音量识别单元可以识别较高的音量，并通过频率统计单元统计发出较高音量的次数；

A24、当音量识别单元识别主轴6发出的较高的音量时，此时将信号传输给时间检测子模块，将检测主轴6抖动的时间传输给频率统计单元，以此判断主轴6抖动的频率。

S24中，主轴6抖动的频率计算公式为：

其中P为主轴6抖动的频率，C为较高声音的次数，即主轴6晃动的次数，T为主轴抖6动的时间，单位为秒，将P分为三个等级，0＜P≤30为慢、30＜P≤70为中和P＞70为快。

A3中主轴6抖动的幅度比值计算公式为：

式中，

为距离检测的子模块检测压板10到凹槽11距离的平均值，n为距离检测子模块的个数，l_i为距离检测模块检测的距离，L_总总为压板10与凹槽11的初始距离，L为距离检测子模块检测的距离与L_总的比值，即主轴6抖动的幅度比值。

A4中包括以下具体操作步骤：

A41、将L分为两个等级，即主轴6的抖动幅度分为两个等级，其中L＜40％，表示主轴6抖动的幅度为低级，L≥40％，表示主轴6抖动的幅度为高级；

A42、当L＜40％，0＜P≤30时，表示主轴6的抖动的幅度为低级，主轴6抖动的频率为低级，因此证明主轴6晃动的程度可允许的范围内，不需要后续的纠正处理；

A43、当L＜40％，30＜P≤70时，表示主轴6的抖动的幅度为低级，主轴6抖动的频率为中级，当L≥40％，0＜P≤30时，表述主轴6抖动的幅度为高级，主轴6抖动的频率为低级，因此证明主轴6晃动的程度为低级；

A44、当L＜40％，P＞70时，表示主轴6的抖动的幅度为低级，主轴6抖动的频率为高级，当L≥40％，30＜P≤70时，表述主轴6抖动的幅度为高级，主轴6抖动的频率为中级，因此证明主轴6晃动的程度为中级；

A45、当L≥40％，P＞70时，表述主轴6抖动的幅度为高级，主轴6抖动的频率为高级，因此表示主轴晃动的程度为高级，此时将信号传输给报警子模块，通过报警子模块报警提示，使主轴6停止工作，避免主轴6晃动太厉害，影响加工质量。

凹槽11的内部固定有若干伸缩囊12，伸缩囊12的一侧管道连接有气源，伸缩囊12与气源的管道连接处连接有阀门，气源的一端连接有气泵，主轴6的上方设置有电机，电机与滑块4的一侧为固定连接，主轴6与电机的输出轴固定。

处理模块包括有开关子模块、调节子模块、急停子模块和锁紧子模块，开关子模块阀门为电连接，调节子模块与气泵为电连接，急停子模块与电机为电连接，锁紧子模块与伸缩杆9为电连接；

开关子模块接收分析子模块的信号，并控制阀门打开，调节子模块接收分析子模块的信号，并控制气泵开启，急停子模块用于控制电机停止旋转，伸缩杆9与锁紧子模块为电连接。

处理模块包括以下具体操作步骤；

S1、当主轴6晃动的程度为低级时，分析子模块将信号传输给锁紧子模块，使锁紧子模块将伸缩幅度小的伸缩杆9固定，使其固定不再伸缩，可以主轴6起到轻微固定效果；

S2、当主轴6晃动的程度为中级时，分析子模块将信号传输给开关子模块，将与伸缩幅度大的伸缩杆9对应伸缩囊12的阀门打开，并且也将信号传输给调节子模块，使气泵打开，将外界的气体抽入到伸缩幅度大的伸缩杆9相应的伸缩囊12中，由于伸缩囊12的初始状态为扁形，不会影响距离检测子模块检测的距离，当气体进入到伸缩囊12内，使其膨胀，可以抵住伸缩杆9，防止主轴6晃动更厉害，进一步的增加主轴6的稳定效果；

S3、当主轴6晃动的程度由中级到高级变化时，挤压伸缩囊12的力度变大，容易使伸缩囊12劈裂，使伸缩囊12漏气，此时主轴6晃动更厉害，分析子模块将信号传输给急停子模块，控制电机停止转动，停止主轴6工作，便于工作人员修复主轴6。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，包括工作台(1)和状态监测***，其特征在于：所述工作台(1)的左端两侧均滑动连接有支架(2)，所述支架(2)的中间固定有滑轨一(3)，所述滑轨一(3)的一侧滑动连接有固定板(8)，所述固定板(8)的一侧固定有滑轨二(5)，所述滑轨二(5)的一侧滑动连接有滑块(4)，所述滑块(4)的一侧固定有固定块(7)，所述滑块(4)的内部开设有通孔，所述通孔的内部设置有主轴(6)，所述固定块(7)的内部有均匀开设有四组凹槽(11)，四组所述凹槽(11)的内部均固定有三组伸缩杆(9)，所述伸缩杆(9)的一端固定有压板(10)，所述压板(10)与主轴相接触。

2.根据权利要求1所述的基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，其特征在于：所述状态监测***包括有采集模块、中枢模块和处理模块，所述采集模块包括有声音采集子模块、距离检测子模块和时间检测子模块，所述中枢模块包括有分析子模块和报警子模块，所述分析子模块包括有音量识别单元和频率统计单元，所述距离检测子模块位于压板(10)的一侧，所述声音采集子模块位于固定块的内部，所述距离检测子模块与频率识别单元为电连接；

所述声音采集子模块用于接收主轴(6)碰撞固定块(7)发出的声音，所述距离检测子模块用于检测压板(10)与凹槽(11)内壁的距离，所述时间检测子模块用于检测主轴(6)抖动的时间，所述分析子模块用于分析主轴(6)的晃动程度，所述音量识别单元用于接收声音采集子模块采集的声音，并识别声音的高度，所述频率统计单元用于统计声音采集子模块的声音发出的次数，所述报警子模块用于报警，使主轴停止运作。

3.根据权利要求2所述的基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，其特征在于：所述采集模块和中枢模块包括以下操作步骤：

A1、将工件放在工作台(1)上，使加工中心的主轴(6)工作，对工件进行加工；

A2、当主轴(6)工作时，与工件接触，会使主轴(6)产生晃动，会产生声音，通过音量采集子模块采集声音，并传输给频率统计单元，以此统计主轴抖动的频率；

A3、通过距离检测子模块检测主轴(6)抖动的幅度，并将信号传输给分析子模块；

A4、通过分析子模块结合主轴(6)抖动的频率和幅度，判断主轴(6)晃动程度。

4.根据权利要求3所述的基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，其特征在于：所述A2包括以下具体操作步骤：

A21、主轴(6)在抖动时，会带动压板(10)向两侧左右推动，从而推动伸缩杆(9)来回伸缩；

A22、伸缩杆(9)伸缩时，使压板(10)与凹槽(11)的内壁距离产生变化，通过距离检测子模块检测压板(10)与凹槽(11)的距离；

A23、声音采集子模块采集的声音传输给音量识别单元，由于加工中心工作时自身会产生声音，声音相对稳定，当主轴(6)抖动时，主轴(6)与固定块(7)发生碰撞，产生的声音较高，通过音量识别单元可以识别较高的音量，并通过频率统计单元统计发出较高音量的次数；

A24、当音量识别单元识别主轴(6)发出的较高的音量时，此时将信号传输给时间检测子模块，将检测主轴(6)抖动的时间传输给频率统计单元，以此判断主轴(6)抖动的频率。

5.根据权利要求4所述的基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，其特征在于：所述S24中，主轴(6)抖动的频率计算公式为：

其中P为主轴(6)抖动的频率，C为较高声音的次数，即主轴(6)晃动的次数，T为主轴抖(6)动的时间，单位为秒，将P分为三个等级，0＜P≤30为慢、30＜P≤70为中和P＞70为快。

6.根据权利要求5所述的基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，其特征在于：所述A3中主轴(6)抖动的幅度比值计算公式为：

式中，

为距离检测的子模块检测压板(10)到凹槽(11)距离的平均值，n为距离检测子模块的个数，l_i为距离检测模块检测的距离，L_总总为压板(10)与凹槽(11)的初始距离，L为距离检测子模块检测的距离与L_总的比值，即主轴(6)抖动的幅度比值。

7.根据权利要求6所述的基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，其特征在于：所述A4中包括以下具体操作步骤：

A41、将L分为两个等级，即主轴(6)的抖动幅度分为两个等级，其中L＜40％，表示主轴(6)抖动的幅度为低级，L≥40％，表示主轴(6)抖动的幅度为高级；

A42、当L＜40％，0＜P≤30时，表示主轴(6)的抖动的幅度为低级，主轴(6)抖动的频率为低级，因此证明主轴(6)晃动的程度可允许的范围内，不需要后续的纠正处理；

A43、当L＜40％，30＜P≤70时，表示主轴(6)的抖动的幅度为低级，主轴(6)抖动的频率为中级，当L≥40％，0＜P≤30时，表述主轴(6)抖动的幅度为高级，主轴(6)抖动的频率为低级，因此证明主轴(6)晃动的程度为低级；

A44、当L＜40％，P＞70时，表示主轴(6)的抖动的幅度为低级，主轴(6)抖动的频率为高级，当L≥40%，30＜P≤70时，表述主轴(6)抖动的幅度为高级，主轴(6)抖动的频率为中级，因此证明主轴(6)晃动的程度为中级；

A45、当L≥40％，P＞70时，表述主轴(6)抖动的幅度为高级，主轴(6)抖动的频率为高级，因此表示主轴晃动的程度为高级，此时将信号传输给报警子模块，通过报警子模块报警提示。

8.根据权利要求7所述的基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，其特征在于：所述凹槽(11)的内部固定有若干伸缩囊(12)，所述伸缩囊(12)的一侧管道连接有气源，所述伸缩囊(12)与气源的管道连接处连接有阀门，所述气源的一端连接有气泵，所述主轴(6)的上方设置有电机，所述电机与滑块(4)的一侧为固定连接，所述主轴(6)与电机的输出轴固定。

9.根据权利要求8所述的基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，其特征在于：所述处理模块包括有开关子模块、调节子模块、急停子模块和锁紧子模块，所述开关子模块阀门为电连接，所述调节子模块与气泵为电连接，所述急停子模块与电机为电连接，所述锁紧子模块与伸缩杆(9)为电连接；

所述开关子模块接收分析子模块的信号，并控制阀门打开，所述调节子模块接收分析子模块的信号，并控制气泵开启，所述急停子模块用于控制电机停止旋转，所述伸缩杆(9)与锁紧子模块为电连接。

10.根据权利要求9所述的基于音频波动的加工中心主轴状态监测***，其特征在于：所述处理模块包括以下具体操作步骤；

S1、当主轴(6)晃动的程度为低级时，分析子模块将信号传输给锁紧子模块，使锁紧子模块将伸缩幅度小的伸缩杆(9)固定；

S2、当主轴(6)晃动的程度为中级时，分析子模块将信号传输给开关子模块，将与伸缩幅度大的伸缩杆(9)对应伸缩囊(12)的阀门打开，并且也将信号传输给调节子模块，使气泵打开，将外界的气体抽入到伸缩幅度大的伸缩杆(9)相应的伸缩囊(12)中，由于伸缩囊(12)的初始状态为扁形，不会影响距离检测子模块检测的距离，当气体进入到伸缩囊(12)内，使其膨胀；

S3、当主轴(6)晃动的程度由中级到高级变化时，挤压伸缩囊(12)的力度变大，容易使伸缩囊(12)劈裂，使伸缩囊(12)漏气，此时主轴(6)晃动更厉害，分析子模块将信号传输给急停子模块。

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