一種數(shù)控機床斷刀實時檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種數(shù)控機床斷刀實時檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)控加工過程中，切削力過大、刀具老化等原因可能會導(dǎo)致刀具斷裂。如果不能及 時檢測刀具斷裂的情況，會影響加工品質(zhì)及加工效率。尤其是在大批量、多工序的生產(chǎn)過程 中，一般采用大號刀具粗加工，再分別采用較小型號刀具進行半精加工和精加工，若未能及 時檢測大號刀具的斷裂，將導(dǎo)致隨后工序中小號刀具連續(xù)斷裂，嚴重擾亂生產(chǎn)流程。
[0003] 目前主要有兩類刀具斷裂檢測方法。一類是非實時的檢測方法，通過接觸刀具刀 尖、光束檢測、計算機視覺的圖像處理等方法判斷刀具是否斷裂。該方法應(yīng)用在加工前或完 成加工后，必須將刀具移動到指定檢測位，無法判斷加工過程中的刀具斷裂情況，影響加工 效率，具有較大的局限性。
[0004] 另一類是實時的檢測方法，通過加工過程中刀具斷裂前后的關(guān)鍵特征進行判斷檢 測。例如《一種感應(yīng)式微電流斷刀檢測電路》通過傳感器檢測鉆孔過程中產(chǎn)生感應(yīng)電流的變 化，同時PC機把當前位置與平均值進行實時對比，判斷是否斷刀；該方法適用于鉆頭加工的 情況，不適用于一般的銑削加工工藝，另外其裝置復(fù)雜，信號獲取不方便，在實際的生產(chǎn)應(yīng) 用有一定的局限性。《一種加工成型設(shè)備的斷刀監(jiān)測方法》通過將主軸的空載轉(zhuǎn)速與實時加 工轉(zhuǎn)速間的速度差與基準轉(zhuǎn)速差值進行比較，判定是否斷刀；該方法適合于轉(zhuǎn)速開環(huán)控制 的數(shù)控機床，加工過程中空載轉(zhuǎn)速與實際轉(zhuǎn)速會產(chǎn)生較大變化的情況，而對于采用轉(zhuǎn)速閉 環(huán)控制的數(shù)控機床，由于在額定轉(zhuǎn)速加工工程中轉(zhuǎn)速波動幅度非常小，采用該方法不太適 用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于主軸電機電流的斷 刀實時檢測方法，該方法集成在數(shù)控系統(tǒng)上，只通過加工過程中數(shù)控內(nèi)部的主軸時域電流 進行判斷，降低應(yīng)用成本;不添加任何傳感器等輔助設(shè)備，不會受到傳感器靈敏度降低或失 效等輔助設(shè)備問題的影響，可靠性更高。主要適用于斷刀前后主軸電機電流變化較大的數(shù) 控加工過程，如切削量較大的粗加工過程或高硬度材料的精加工，能夠根據(jù)主軸電機電流 的變化特征，快速實時檢測是否斷刀，提高加工效率，具有較高的應(yīng)用價值。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種數(shù)控機床斷刀實時檢測方法，其特征在 于，包括下列步驟：
[0007] 1)數(shù)控系統(tǒng)讀取刀具工藝數(shù)據(jù)庫中保存的7；和&值，其中I為正常切削加工時 所采集的主軸電機所有電流歷史數(shù)據(jù)的平均值，7；為空載時采集的主軸電機所有電流歷史 數(shù)據(jù)的平均值；
[0008] 2)設(shè)置計時器j = l;
[0009] 3)本步驟包括以下子步驟：
[0010] 3.1)數(shù)控機床在進行切削加工時，編碼器采集主軸電機電流數(shù)據(jù)，并且編碼器每 采集L個主軸電機電流數(shù)據(jù)，則將這L個主軸電機電流數(shù)據(jù)作為一個分析段，而且采用低通 濾波器對分析段的主軸電機電流數(shù)據(jù)進行實時濾波，以將頻率高于f的信號濾除，其中f = kf。，其中f為濾波頻率，kf為濾波頻率系數(shù)且kf e (〇. 1，〇. 4)，f。為采樣頻率；
[0011] 3.2)計算第j個分析段的主軸電機電流數(shù)據(jù)的電流平均值f，并存入數(shù)控系統(tǒng)的 寄存器中，其中
為第j個分析段內(nèi)的第k個主軸電機電流數(shù) 據(jù)，k為正整數(shù)且k<L;
[0012] 3.3)設(shè)置 j = j+l;
[0013] 3.4)判斷j 2 3是否成立，如果否，則返回步驟3.1)，如果是，則進入步驟3.5);
[0014] 3.5)計算第j個分析段的主軸電機電流數(shù)據(jù)的電流平均值7；，并存入數(shù)控系統(tǒng)的 寄存器中
為第j個分析段內(nèi)的第m個主軸電機電流數(shù) 據(jù)，m為正整數(shù)且m<L;
[0015] 3.6)判斷數(shù)控機床在第j個分析段、第j-1個分析段和第j-2個分析段內(nèi)是否存在 斷刀:判斷ζ、E和E是否滿足下列條件①或條件②，如果是，則判斷為斷刀并進入步驟 4)，如果否，則進入步驟5);
[0018] 其中1^1，1?，1?少4，1?均為比值常系數(shù)；
[0019] 4)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令，中止加工程序，發(fā)出斷刀故障報警信號；
[0020] 5)判斷加工程序是否結(jié)束，如果是，則停止加工，如果否，則返回步驟3.1)。
[0021] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有 益效果：
[0022] 1)本發(fā)明通過加工過程中數(shù)控內(nèi)部的主軸時域電流進行判斷，降低應(yīng)用成本，可 靠性更高；
[0023] 2)能夠根據(jù)數(shù)控加工過程中主軸電機電流的變化特征，快速實時檢測是否斷刀， 提高加工效率，具有較高的應(yīng)用價值。
【附圖說明】
[0024] 圖1是本發(fā)明一種基于主軸電機電流的斷刀實時檢測方法流程圖；
[0025] 圖2(a)是本發(fā)明的主軸電機電流濾波前的三個分析段電流波形圖；
[0026] 圖2(b)是本發(fā)明的主軸電機電流濾波后的三個分析段電流波形圖。
【具體實施方式】
[0027] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0028] 參照圖1、圖2(a)和圖2(b)，一種數(shù)控機床斷刀實時檢測方法，包括下列步驟：
[0029] 1)數(shù)控系統(tǒng)讀取刀具工藝數(shù)據(jù)庫中保存的ζ和&值，其中7；為正常切削加工時 所采集的主軸電機所有電流歷史數(shù)據(jù)的平均值，ζ為空載時采集的主軸電機所有電流歷史 數(shù)據(jù)的平均值；
[0030] 2)設(shè)置計時器j = l;
[0031] 3)本步驟包括以下子步驟：
[0032] 3.1)數(shù)控機床在進行切削加工時，編碼器采集主軸電機電流數(shù)據(jù)，并且編碼器每 采集L個主軸電機電流數(shù)據(jù)，則將這L個主軸電機電流數(shù)據(jù)作為一個分析段，而且采用低通 濾波器對分析段的主軸電機電流數(shù)據(jù)進行實時濾波，以將頻率高于f的信號濾除，其中f = kf。，其中f為濾波頻率，kf為濾波頻率系數(shù)且kf e (〇. 1，〇. 4)，f。為采樣頻率；
[0033] 3.2)計算第j個分析段的主軸電機電流數(shù)據(jù)的電流平均值7；，并存入數(shù)控系統(tǒng)的 寄存器中，其中
為第j個分析段內(nèi)的第k個主軸電機電流數(shù) 據(jù)，k為正整數(shù)且k<L;
[0034] 3.3)設(shè)置」=」+1;
[0035] 3.4)判斷j 2 3是否成立，如果否，則返回步驟3.1)，如果是，則進入步驟3.5);
[0036] 3.5)計算第j個分析段的主軸電機電流數(shù)據(jù)的電流平均值并存入數(shù)控系統(tǒng)的 寄存器中，其中
，為第j個分析段內(nèi)的第m個主軸電機電流數(shù) 據(jù)，m為正整數(shù)且m<L;