CN115061426A

CN115061426A - 一种数控机床断刀监测方法、可读存储介质及终端设备

Info

Publication number: CN115061426A
Application number: CN202210741503.9A
Authority: CN
Inventors: 余昌水; 严鉴铂; 寇植达; 周昌锋
Original assignee: Shaanxi Fast Gear Co Ltd
Current assignee: Shaanxi Fast Gear Co Ltd
Priority date: 2022-06-27
Filing date: 2022-06-27
Publication date: 2022-09-16

Abstract

本发明属于一种断刀监测方法，为解决目前通过加传感器和相应软件***，解决机床在过大负载下不能及时停止并报警的问题时，需要对机床增加软硬件，费用较高，同时，机床调试过程较慢，并不适合在生产工厂范围内大面积使用的技术问题，提供一种数控机床断刀监测方法、计算机可读存储介质及终端设备，在数控机床原有的数控加工***和数控加工程序不改变的情况下，只需增加一段断刀监测程序段，就在发生断刀等主轴负载较高异常时，使数控机床及时停机报警，断刀监测程序段中只需写入断刀阀值即可，该断刀监测程序段不仅能够使数控机床具备断刀监测功能，还无需额外添加软硬件，使用较低成本即可解决问题，在短时间内即可对数控机床进行改造。

Description

一种数控机床断刀监测方法、可读存储介质及终端设备

技术领域

本发明属于一种断刀监测方法，具体涉及一种数控机床断刀监测方法、计算机可读存储介质及终端设备。

背景技术

黑灯工厂指由于没有工人，可以关灯走人，把工厂交给机器操作的工厂，黑灯工厂主要靠工业机器人运行。工业机器人最直接的目的是取代工厂人力，降低生产成本，同时提高生产效率。

黑灯工厂是智能化时代的一种新形势，能够解放大量的人力物力，以智能化设备来代替人工，节约企业成本，提高企业效益。从原材料到最终成品，所有的加工、运输、检测过程均在空无一人的“黑灯工厂”内完成，无需工人值守。

目前，一般机床不具备加工过程断刀、机床及时停止功能，除非撞刀的力量过大，触发了过载保护装置，此时，机床才会停止并报警。为解决该类问题，主要的做法是加传感器(硬件)和相应的软件***，如Artist马波斯、MCU德国、Digital Way法国，以及近期山特维克新推出的ProcessControl主轴功率负载检测***，通过在机床上部署主控制盒、功率传感器、振动传感器、压力和温度等传感器，结合I/O模块与机床PLC实现实时通讯，从而实现对加工过程的控制，保证可持续性的生产运营，从而减少浪费、提高效率，最终获得更多利润。

公开号为CN112255967A的中国实用新型专利申请，提供了“一种数控机床加工过程断刀实时监测***、装置及方法”，通过采集光栅尺采集到的累计脉冲数，差分处理后得到时域数据，将时域数据傅里叶变换后转换为频域数据，从频域数据中提取出特征频率的幅值，并将该幅值和基准阈值对比，判断是否断刀。公开号为CN211728547U的中国发明专利申请，提供了“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”，需要将振动传感器设置在数控机床的切削振动影响区域。

上述方案能够快速响应断刀等异常产生的过大负载从而使机床及时停止并报警，但需要对机床增加软硬件，费用较高，同时，机床调试过程较慢，并不适合在生产工厂范围内大面积使用。

发明内容

本发明为解决目前通过加传感器和相应软件***，解决机床在过大负载下不能及时停止并报警的问题时，需要对机床增加软硬件，费用较高，同时，机床调试过程较慢，并不适合在生产工厂范围内大面积使用的技术问题，提供一种数控机床断刀监测方法、计算机可读存储介质及终端设备。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种数控机床断刀监测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

S1，在数控机床的数控加工程序中写入断刀监测程序段，所述断刀监测程序段中包括断刀阀值；并在数控机床的数控加工***核心单元中写入相应程序，使数控加工程序中的断刀监测程序段能够在数控加工***中运行；

S2，在数控机床运行过程中，数控加工***核心单元从断刀监测程序段中读取阀值；

S3，通过数控加工***核心单元将阀值发送至数控机床的PLC；同时，通过数控加工***核心单元读取数控机床的负载信息，并发送至数控机床的PLC；

S4，数控机床的PLC将所述负载信息转换为负载信息百分比；

S5，比较所述负载信息百分比和阀值，若负载信息百分比大于等于阀值，则通过PLC控制数控机床停机，否则，数控机床持续运行。

进一步地，步骤S4中，所述将所述负载信息转换为负载信息百分比，具体是通过以下公式进行转换：

Load＝L*32767*λ

其中，Load为负载信息百分比，L为负载信息，λ为相对于数控机床电机额定输出，数控机床电机最大输出的百分数。

进一步地，步骤S5具体为：

通过数控机床的PLC比较所述负载信息百分比和阀值，比较结果具体以0和1的形式呈现，比较结果存储于数控机床自身的一个存储地址中，若负载信息百分比大于等于阀值，则存储有比较结果的存储地址为1，呈现连通状态，通过PLC控制数控机床停机，否则，存储有比较结果的存储地址为0，呈现断开状态，PLC控制数控机床持续运行。

进一步地，步骤S5具体为：

步骤S1中，所述数控机床中的数控加工***为FANUC***；

步骤S2中，所述发送至数控加工***核心单元，具体为通过数控加工***PMC窗口功能发送至数控加工***核心单元；

步骤S3中，所述通过数控加工***核心单元读取数控机床的负载信息，具体为通过数控加工***PMC窗口功能读取数控机床的负载信息。

进一步地，步骤S3中，所述通过数控加工***PMC窗口功能读取数控机床的负载信息，具体为通过数控加工***PMC窗口功能的第一WINDR读取指令读取数控机床的负载信息；所述第一WINDR读取指令和负载信息分别存放于第一寄存器和第二寄存器中；

步骤S4中，所述相对于数控机床电机额定输出，数控机床电机最大输出的百分数λ存储于数控机床的4127参数中，通过数控加工***PMC窗口功能的第二WINDR读取指令读取；所述第二WINDR读取指令和λ的值分别存放于第三寄存器和第四寄存器中；

步骤S4中，所述负载信息百分比Load存放于第五寄存器中。

进一步地，步骤S1中，所述断刀监测程序段中的断刀阀值以宏变量的形式呈现；

步骤S2中，所述数控加工程序从断刀监测程序段中读取阀值具体为，数控加工程序利用窗口指令从断刀监测程序段中读取宏变量值；所述窗口指令存放于第六寄存器中，所述宏变量值存放于第七寄存器中，读取时，所述宏变量号存放于第八寄存器中。

进一步地，步骤S5中，所述比较所述负载信息百分比和阀值具体为，利用数控加工***核心单元中PMC程序的比较功能块对负载信息百分比和阀值进行比较。

进一步地，步骤S1和步骤S2之间还包括设置在断刀监测程序段中的控制执行子程序段，根据加工需要判断断刀监测程序段是否执行，若执行，则继续执行步骤S2。

本发明同时还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特殊之处在于，该程序被处理器执行时实现如上述一种数控机床断刀监测方法的步骤。

另外，本发明还提供了一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特殊之处在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述一种数控机床断刀监测方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明一种数控机床断刀监测方法，在数控机床原有的数控加工***和数控加工程序不改变的情况下，只需增加一段断刀监测程序段，就在发生断刀等主轴负载较高异常时，使数控机床及时停机报警，断刀监测程序段中只需写入断刀阀值即可，该断刀监测程序段不仅能够使数控机床具备断刀监测功能，而且灵活度较高，程序编制难度小，可复制性强，无需额外添加软硬件，使用较低成本即可解决问题，在短时间内即可对数控机床进行改造。

2.本发明的方法通用性强，不受数控机床类型限制，成本低、普适性强，便于生产现场应用推广。

3.本发明中不同指令和不同数据分别存储于不同的寄存器中，便于数据和指令管理。

4.本发明的方法中还包括判断断刀监测程序段是否执行，生产现场在具体应用时，可根据现场需求、数控机床情况等灵活选择是否进行监测。

5.本发明还提供了能够执行上述方法步骤的计算机可读存储介质和终端设备，能够将本发明的方法推广应用，在相应的硬件设备上实现融合。

附图说明

图1为本发明一种数控机床断刀监测方法实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

智能化设备代替人工已成为工厂的未来方向，但在机床加工过程中，出现刀具破损或断裂，但未达到机床自身过载报警极限，就无法及时停机报警，机床会继续加工，并产生大量废品，同时，还会影响机床精度。在自动生产线，由于某些特殊的加工问题，会导致整个生产***发生一定的故障，如自动检测撞坏测针等，从而使整个生产线产生无法挽回的损失。

本发明是在不对数控机床添加任何软硬件的情况下研究和实施的，即利用数控机床的主轴负载监视功能，对数控机床程序进行再编辑，同时，编制可对断刀等主轴过载异常进行监测的数控加工程序，即可达到一定的断刀自动监测功能。

如图1所示，本发明提供的方法为：

1.在数控机床的数控加工程序中写入断刀监测程序段，断刀监测程序段中包括断刀阀值，宏变量的形式呈现，还可以包括是否执行该断刀监测程序段的控制执行代码，用于根据加工需要判断断刀监测程序段是否执行。另外，在数控机床的数控加工***核心单元中也写入相应程序，即相应的断刀监测PLC程序，使数控加工程序中的断刀监测程序段能够在数控加工***中运行。

2.根据加工需要判断断刀监测程序段是否执行，若执行，则继续执行监测步骤，否则，数控机床正常运行，不执行监测步骤。在实际加工中，如果需要监测就可以启动监测步骤，如果不需要也可以不启动，使本发明的方法应用更加灵活。断刀监测程序段具体为数控机床PMC程序中添加的一段(对于实施例中的FANUC***，为PMC程序，对于其他实施例中的其他***，即为数控机床对的PLC程序)，可以编译控制断刀监测程序段通断的M代码，即可在具体的数控加工程序中利用M指令进行控制，控制是否启用该项功能。如可以编译两个M代码，用于控制断刀监测程序段是否运行，编译M300用来打开断刀监测程序段，用M301关闭断刀监测程序段。机床在执行断刀监测程序段时，断刀宏变量值会被读入数控***核心单元中，而后通过添加的PMC程序段利用PMC窗口功能将宏变量值读入PMC中；

3.在数控机床运行过程中，数控加工***核心单元从断刀监测程序段中读取阀值。断刀监测程序段在被机床执行时，断刀阀值被数控***核心单元读取，通过添加的断刀PMC程序段(数控加工***核心单元中写入的相应程序)，其中利用PMC窗口功能将数控***核心单元中存储的断刀阀值读入PMC中；

4.通过数控加工***核心单元将阀值发送至数控机床的PLC，具体地，是通过PLC功能模块将数控***核心单元中的断刀阀值读入数控机床的PLC中；同时，数控***核心单元中存储有机床加工实时主轴负载信息，通过添加的断刀负载监测PMC程序中的PMC窗口功能模块读入PMC中，在具体执行时，通过PLC另一功能模块将数控***核心单元中存储的加工实时主轴负载信息读入PLC中；

5.数控机床的PLC将所述负载信息转换为负载信息百分比。在PLC中对读取的机床加工实时负载信息经过一定的计算转换，成为可直接应用的负载百分比分子值；

6.比较所述负载信息百分比和阀值，若负载信息百分比大于等于阀值，则通过PLC控制数控机床停机，否则，数控机床持续运行。实际比较时，是让实时加工主轴负载百分比分子值与设定的阀值进行比较。

具体实施时，可添加PMC子程序P1000，用于实现机床主轴负载提取和计算，并对提取结果与设置的阀值进行比较，主轴负载大于等于阀值时，数控机床停机并报警。在需要应用的数控加工程序开头和结尾添加控制该PMC功能程序块的通断M代码，在程序开始部分增加1个断刀负载的宏变量并赋值，作为阀值。

以FANUC***的数控机床为例，添加P1000子程序，利用FANUC***PMC窗口功能读取数控加工程序中添加的断刀负载宏变量和机床实时主轴负载值，实现机床主轴负载提取和计算，并进行数据判断，实现断刀自动监测功能运行。

FANUC***PMC窗口功能，可以读取或者写入CNC数据(比如参数、变量、***伺服信息等)，通过“WINDR”指令读取CNC中相关数据，“WINDW”指令是写入CNC相关数据的。由于CNC数据不仅涉及主轴负载，还涉及扭矩、电流和功率，因此，本发明的方法也适用于数控机床中扭矩、电流和功率的监测。

在FANUC***中，读写窗口指令中的“控住数据地址”是一个独立的数据段地址，功能指令中只需要写出控制数据地址的首地址即可，具体的地址数定义为：

控制数据地址的“功能代码”项，表示不同的窗口操作功能，比如读取主轴负载信息的“功能代码”为“153”；读取用户宏变量的“功能代码”为“21”。窗口功能指令，分为高速处理窗口指令和低速处理窗口指令，其中高速处理窗口指令在一个扫描周期内就可以完成处理，低速处理窗口指令需要2个以上的扫描周期才能完成。因此，低速处理窗口指令执行完成后，需要将窗口指令的使能断开。

通过PMC窗口读取功能SUB51“WINDR”指令来读取主轴负载信息，“功能代码”为“153”，数据长度为2个字节，将153传送到第一寄存器中，将读取主轴负载信息存放在第二寄存器中。

主轴负载信息百分比的计算公式为：

Load(％)＝L32767*λ

其中，L为窗口中读取的值即第一寄存器中读取的值，读取的值会自动存储在第二寄存器中。λ是相对于电机额定输出，电机最大输出的百分数(λ的值在参数4127中)。通过PMC窗口读取功能SUB51“WINDR”功能来读取4127的参数值，功能代码为“17”，数据长度为2个字节，将17传送到第三寄存器中，将参数号4127传送到第四寄存器中，读取4127参数的结果值会自动存放在第五寄存器中。

根据负载公式计算出主轴负载信息百分比的值，由于后续负载逻辑中进行比较时，设定宏变量值为主轴负载信息百分比值的分子，但宏变量值在被PMC读取时，最少需要设定为一位小数，即读取结果扩大了10倍，也就是阀值扩大了10倍，为了方便进行处理，则此处计算主轴负载信息百分比时，也扩大10倍，就可以直接对主轴负载信息百分比和阀值进行比较，将比较结果存在第九寄存器中。

利用窗口指令读取宏变量值，功能代码为“21”，宏变量号传送到第6个字节开始的2个字节中，如读取#110中的值，则将21传送到第六寄存器中，110传送到第七寄存器中，则读取到宏变量的值存到第八寄存器中。

通过上述方法，可以将设定的阀值对应的宏变量值读入PMC程序中。利用PMC比较功能块SUB32 COMPB，来比较主轴负载信息百分比和阀值的大小，当主轴负载信息百分比小于阀值时，则常通点R9000.1断开，G8.4(机床停止并报警信号)不通，加工正常；当主轴负载信息百分比大于或等于阀值时，则常通点R9000.1依然常通，即G8.4(机床停止并报警信号)会立即执行使得机床停机并报警，说明出现了断刀等异常情况使得机床主轴负载过高。

本发明通过在数控机床原PMC程序中作上述更改，并在原NC(数控加工)程序中增加1个宏变量与2个M指令，当断刀监测程序段开启时，经过主轴实时负载与设定的阀值进行判断，可实现断刀等主轴负载过高异常报警，简便、可靠并且通用性强，通断可控，不需要使用时，只需要用M指令控制其断开即可，不影响机床原本的各项功能。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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

1.一种数控机床断刀监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S4，数控机床的PLC将所述负载信息转换为负载信息百分比；

2.根据权利要求1所述一种数控机床断刀监测方法，其特征在于：步骤S4中，所述将所述负载信息转换为负载信息百分比，具体是通过以下公式进行转换：

Load＝L*32767*λ

3.根据权利要求1所述一种数控机床断刀监测方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述一种数控机床断刀监测方法，其特征在于：

步骤S1中，所述数控机床中的数控加工***为FANUC***；

5.根据权利要求4所述一种数控机床断刀监测方法，其特征在于：步骤S3中，所述通过数控加工***PMC窗口功能读取数控机床的负载信息，具体为通过数控加工***PMC窗口功能的第一WINDR读取指令读取数控机床的负载信息；所述第一WINDR读取指令和负载信息分别存放于第一寄存器和第二寄存器中；

步骤S4中，所述负载信息百分比Load存放于第五寄存器中。

6.根据权利要求5所述一种数控机床断刀监测方法，其特征在于：步骤S1中，所述断刀监测程序段中的断刀阀值以宏变量的形式呈现；

步骤S2中，所述数控加工***核心单元从断刀监测程序段中读取阀值具体为，数控***核心单元利用窗口功能从断刀监测程序段中读取宏变量；所述窗口功能的窗口指令存放于第六寄存器中，所述宏变量值存放于第七寄存器中，读取时，所述宏变量号存放于第八寄存器中。

7.根据权利要求6所述一种数控机床断刀监测方法，其特征在于：步骤S5中，所述比较所述负载信息百分比和阀值具体为，利用数控加工***核心单元中PMC程序的比较功能块对负载信息百分比和阀值进行比较。

8.根据权利要求1至7任一所述一种数控机床断刀监测方法，其特征在于：步骤S1和步骤S2之间还包括设置在断刀监测程序段中的控制执行子程序段，用于根据加工需要判断断刀监测程序段是否执行，若执行，则继续执行步骤S2。

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：该程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一所述一种数控机床断刀监测方法的步骤。

10.一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一所述一种数控机床断刀监测方法的步骤。