[发明专利]一种机床空行程消除系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及数控机床加工过程在线监控领域，具体是一种机床空行程消除系统和方法。

背景技术

提高生产效率是现代制造类企业生存和发展的必要条件，就机械加工过程来说，提高生产效率可以从两个方面出发，一是缩短实际加工时间，二是缩短非加工时间，在非加工时间中，空行程时间有很大的可压缩性；数据表明，空行程时间占据磨削加工过程30%的时间，因此减少空行程时间，将会大大提高生产效率；实际加工中，机床刀具通常以很快速度接近工件，为防止工件与刀具相撞，设置工件与刀具的安全距离，这将会导致漫长的空行程时间；功率传感器由于其稳定性和可靠性，已被广泛用于电机等功率监控；现有技术中，专利号为CN103128661A提供了一种检测磨床加工状态的监控系统，其运用声发射传感器可以实现机床空行程消除，该系统通过声发射信号检测工件和砂轮的碰撞，并通过PROFIBUS协议传递至机床PLC来控制零件执行动作，该种方法有四个缺点：第一，声发射传感器极易受外界干扰，容易引起误判；第二,现代机床品种多样，有些商用机床PLC不对外开放，通过ROFIBUS协议与PLC通讯，需要与机床厂合作对PLC进行重新编程，此过程极其耗时，不如与数控系统的开放式接口通讯相对便利；第三，其通过RS232传递声发射信号至数控系统进行显示存在严重缺陷，声发射信号的采样率一般都在几MS/s甚至RS23S无法实现如此高的通讯传输，同时这种方法需要对数控系统进行二次开发才能实现，可实施性较差；第四，声发射传感器及相应硬件成本高。而专利号为CN2628217.6的专利里提供了一种快速轴承套圈内表面磨削空行程装置，该装置运用PLC采集电流监控轴承套圈和砂轮的接触，该方法有三个缺点：第一，在低负载时电流的灵敏度比功率传感器要低；第二，该专利通过PLC来采集电流信号，不具有通用性，商品化机床一般不会开放模拟输入量给用户，而且此过程也需要配合对机床厂家对PLC程序进行修改，极其耗时；第三，有效值电流传感器的响应速度慢；专利号为CN102615551A，提供了一种设有碰撞检测装置的机床，通过加速度传感器来检测碰撞，该方法也存在如专利CN103128661A的缺点；基于上述原因，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于数控机床的空行程消除的装置和方法，通过实时监控加工过程中机床主轴的功率，监测工件-刀具的接触和碰撞，达到减少机床空行程的时间和刀具损坏的目的。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种机床空行程消除系统，包括功率传感器、数据采集模块、信号处理模块、信号输出模块和数控机床,所述数控机床包括数控系统、机床主轴伺服驱动、主轴电机以及进给轴伺服驱动和进给电机；所述功率传感器安装在数控机床的主轴伺服驱动后端，功率传感器输出端连接数据采集模块，数据采集模块输出端连接至信号处理模块，信号处理模块输出端同信号输出模块连接，信号输出模块输出端连接至数控系统的通讯接口。

作为本发明进一步的方案：所述功率传感器的响应时间小于100MS。

作为本发明再进一步的方案：所述数据采集模块和信号输出模块采用一体的数据采集卡或是分开的独立模块。

作为本发明再进一步的方案：所述信号处理模块为PC电脑、单片机、具有Android系统或苹果IOS系统的智能设备。

作为本发明再进一步的方案：所述机床主轴伺服驱动、进给轴伺服驱动、主轴电机和进给电机的数量大于等于1个。

所述机床空行程消除系统的机床空行程消除方法，包括以下步骤：

1）将功率传感器安装至机床主轴伺服驱动的主轴电机输出端；

2）功率传感器采集机床主轴的空转功率，通过数据采集模块将功率信号传输至信号处理模块进行滤波、包络等处理；

3）获取机床空载功率，并设置功率信号的阈值Pth；

4）机床在空行程段快速进给接近工件，当刀具与工件接触时的功率Pcontact>Pth1时,信号输出模块发出信号指令至数控系统的通讯接口,调整进给轴速度至所设定的加工速度；当Pcontact>Pth2时，信号输出模块发出指令信号至数控系统的通讯接口，停止加工过程防止对机床、刀具和工件造成损害；信号输出模块发出的指令为数字I/O信号、RS232信号、以太网或ROFIBUS形式。