專利名稱：一種數控外圓磨床運行及工藝狀態監控與診斷裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及監控與診斷技術領域，特別涉及一種數控外圓磨床運行及工藝狀態監控與診斷裝置。
背景技術：
數控機床智能裝備其核心技術是在線檢測技術以及智能監控診斷技術，具有對加工過程的監控和對工藝狀態判斷的能力。2006年日本MAZAK公司在MTS展會上展出了世界首臺智能機床，但是，從現階段國內外智能機床發展狀況來看，要達到成熟的“適應控制”機床水平，路程還很長，還需要進行許多深入的研究工作，特別是在機床加工工藝參數的自動收集、存儲、調節和控制方面，都還需要深入研究。目前，我國機床制造廠商僅針對個別專用機床的特定狀態進行監控，尚無成熟的針對機床運行及工藝狀態的可靠性評估、智能化故障預測與診斷系統。CN202147217U專利提出了一種檢測磨床加工狀態的監控系統，系統主要由數控系統、聲納傳感器、聲發射檢測系統和PLC系統構成；CN102566501A發明專利提出了一種數控機床實時動態監控及故障診斷方法，可實現機床在線動態配置功能；CN102495592A發明專利提出了一種數控機床監控系統，可以實現對數控系統內部各種參數的實時讀寫控制。但是，以上專利只是對數控機床的運行狀態進行監控與診斷，沒有對數控機床的工藝狀態進行檢測與診斷，而機床工藝狀態對機床的加工性能有著重要的影響，是評價機床運行穩定性與可靠性的重要指標。
發明內容為了克服上述現有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種數控外圓磨床運行及工藝狀態監控與診斷裝置，能夠實現對數控磨床四種主要運行狀態的實時測量與診斷，并結合對數控磨床三種主要工藝狀態的監控與診斷，實現對數控磨床整體性能檢測與評估，有效提高機床的加工精度和可靠性。為了達到上述目的，本實用新型采取的技術方案為:一種數控外圓磨床運行及工藝狀態監控與診斷裝置，包括磨床運行及工藝狀態監控裝置I和磨床運行及工藝狀態診斷裝置2，磨床運行及工藝狀態監控裝置I包括監控用傳感器3、數據采集平臺4和計算機5，監控用傳感器3的信號輸出與數據采集平臺4的輸入連接，數據采集平臺4的輸出與計算機5連接，計算機5和磨床運行及工藝狀態診斷裝置2的數據輸入接口相連接；所述的磨床運行及工藝診斷裝置2在計算機5中建立診斷模型5-3，其中，診斷模型5-3包括磨床狀態診斷模型5-3a，用來診斷磨床導軌運行精度及床身振動的頻率與幅值；砂輪狀態診斷模型5-3b，用來診斷砂輪在加工過程中的運行狀態，運行狀態包括砂輪磨損、砂輪破損以及砂輪堵塞；工藝狀態診斷模型的操作誤差診斷模型5-3c，用來診斷工件的裝夾偏差；工藝狀態診斷模型的產品質量診斷模型5-3d，用來診斷加工后產品的表面粗糙度及燒傷程度。所述的監控用傳感器3包括運行狀態監控用傳感器和工藝狀態監控用傳感器，其中，運行狀態監控用傳感器包括功率傳感器3-1，用來測量磨床主軸的功率；位移傳感器3-2，用來測量磨床導軌的位移量以及床身振動量；壓力傳感器3-3，用來測量裝夾工件時兩頂尖間頂緊力的大小，同時也用來測量潤滑系統中潤滑油的壓力及油面位置；工藝狀態監控用傳感器包括圓度傳感器3-4，用來測量磨床加工工件的圓度值；圖像傳感器3-5，用來測量磨床加工工件的表面粗糙度及燒傷程度。所述的監控用傳感器3采集機床的運行及工藝狀態信號并在數據采集平臺4上完成數據的融合，之后該融合信號輸入到計算機5中完成數據處理5-1以及檢測結果顯示5-2的工作。所述的磨床運行及工藝狀態監控裝置I完成信號的測量并輸出到磨床運行及工藝狀態診斷裝置2，之后，在線測量的機床實時狀態信號與已建立的診斷模型5-3進行比較，完成知識庫搭建5-4，比較結果經狀態診斷5-5模塊分析、處理后，由診斷結果顯示5-6模塊完成磨床整機運行及工藝狀態的診斷與顯示。本實用新型根據對磨床加工過程中關鍵信號的測量與分析，并進行診斷，提高了機床制造企業對用戶故障的快速響應能力，將該智能診斷模塊同現有的精密機床的數控系統部分相集成，實現了機床在線故障的診斷。本實用新型能夠進一步提高機床的運行效率、精度，以及可靠性，可實現如下效果:( I)避免由于操作誤差所引起的生產錯誤；(2)縮短砂輪空磨行程；(3)提高砂輪優化以及工藝優化效率；(4)降低由機床精度超差及最終產品尺寸超差而導致的廢品率。
附圖為本實用新型的結構示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型作進一步詳細描述。參見附圖，一種數控外圓磨床運行及工藝狀態監控與診斷裝置，包括磨床運行及工藝狀態監控裝置I和磨床運行及工藝狀態診斷裝置2，磨床運行及工藝狀態監控裝置I包括監控用傳感器3、數據采集平臺4和計算機5，監控用傳感器3的信號輸出與數據采集平臺4的輸入連接，數據采集平臺4的輸出與計算機5連接，計算機5和磨床運行及工藝狀態診斷裝置2的數據輸入接口相連接；所述的磨床運行及工藝診斷裝置2在計算機5中建立診斷模型5-3，其中，診斷模型5-3包括磨床狀態診斷模型5-3a，用來診斷磨床導軌運行精度及床身振動的頻率與幅值；砂輪狀態診斷模型5-3b，用來診斷砂輪在加工過程中的運行狀態，運行狀態包括砂輪磨損、砂輪破損以及砂輪堵塞；工藝狀態診斷模型的操作誤差診斷模型5-3c，用來診斷工件的裝夾偏差；工藝狀態診斷模型的產品質量診斷模型5-3d，用來診斷加工后產品的表面粗糙度及燒傷程度。[0020]所述的監控用傳感器3包括運行狀態監控用傳感器和工藝狀態監控用傳感器，其中，運行狀態監控用傳感器包括功率傳感器3-1，用來測量磨床主軸的功率；位移傳感器
3-2，用來測量磨床導軌的位移量以及床身振動量；壓力傳感器3-3，用來測量裝夾工件時兩頂尖間頂緊力的大小，同時也用來測量潤滑系統中潤滑油的壓力及油面位置；工藝狀態監控用傳感器包括圓度傳感器3-4，用來測量磨床加工工件的圓度值；圖像傳感器3-5，用來測量磨床加工工件的表面粗糙度及燒傷程度。所述的監控用傳感器3采集機床的運行及工藝狀態信號并在數據采集平臺4上完成數據的融合，之后該融合信號輸入到計算機5中，計算機5完成數據處理5-1以及檢測結果顯示5-2的工作。所述的磨床運行及工藝狀態監控裝置I完成信號的測量并輸出到磨床運行及工藝狀態診斷裝置2，之后，在線測量的機床實時狀態信號與已建立的診斷模型5-3進行比較，完成知識庫搭建5-4，比較結果經狀態診斷5-5模塊分析、處理后，由診斷結果顯示5-6模塊完成磨床整機運行及工藝狀態的診斷與顯示。本實用新型的工作原理為:數控磨床在運行過程中，磨床運行及工藝狀態監控裝置I通過安裝在床身不同位置的監控用傳感器3，進行機床運行及工藝狀態的測量，本實用新型所用傳感器有五種，且各傳感器均可測量一種及一種以上的機床狀態信號，功率傳感器3-1，用來測量磨床主軸的功率；位移傳感器3-2，用來測量磨床導軌的位移量以及床身振動量；壓力傳感器3-3，用來測量裝夾工件時兩頂尖間頂緊力的大小，同時也用來測量潤滑系統中潤滑油的壓力及油面位置；圓度傳感器3-4，用來測量磨床加工工件的圓度值；圖像傳感器3-5，用來測量磨床加工工件的表面粗糙度及燒傷程度，所測狀態在數據采集平臺4中進行數據融合，融合后輸出到計算機5中進行數據處理5-1以及檢測結果的顯示5-2。磨床運行及工藝狀態診斷裝置2以磨床運行及工藝狀態監控裝置I的測量結果作為輸入，并以計算機5為基礎，根據對機床運行性能影響較大的主要故障設計并開發診斷模型5-3，其中，磨床狀態診斷模型5-3a，用來診斷磨床導軌運行精度及床身振動的頻率與幅值；砂輪狀態診斷模型5-3b，用來診斷砂輪在加工過程中的運行狀態，包括砂輪磨損、砂輪破損以及砂輪堵塞；操作誤差診斷模型5-3c，用來診斷工件的裝夾偏差；產品質量診斷模型5-3d，用來診斷加工后產品的表面粗糙度及燒傷程度，測量信號與已建立的診斷模型5-3進行比較，完成知識庫搭建5-4，比較結果經狀態診斷5-5模塊分析、處理后，由診斷結果顯示5-6模塊完成磨床整機運行及工藝狀態的診斷與顯示。
權利要求1.一種數控外圓磨床運行及工藝狀態監控與診斷裝置，其特征在于:包括磨床運行及工藝狀態監控裝置(I)和磨床運行及工藝狀態診斷裝置(2)，磨床運行及工藝狀態監控裝置(I)包括監控用傳感器(3)、數據采集平臺(4)和計算機(5)，監控用傳感器(3)的信號輸出與數據采集平臺(4)的輸入連接，數據采集平臺(4)的輸出與計算機(5)連接，計算機(5)和磨床運行及工藝狀態診斷裝置(2)的數據輸入接口相連接； 所述的磨床運行及工藝診斷裝置(2)在計算機(5)中建立診斷模型(5-3)，其中，診斷模型(5-3)包括磨床狀態診斷模型(5-3a)，用來診斷磨床導軌運行精度及床身振動的頻率與幅值；砂輪狀態診斷模型(5-3b)，用來診斷砂輪在加工過程中的運行狀態，運行狀態包括砂輪磨損、砂輪破損以及砂輪堵塞；工藝狀態診斷模型的操作誤差診斷模型(5-3c)，用來診斷工件的裝夾偏差；工藝狀態診斷模型的產品質量診斷模型(5-3d)，用來診斷加工后產品的表面粗糙度及燒傷程度。
2.根據權利要求1所述的一種數控外圓磨床運行及工藝狀態監控與診斷裝置，其特征在于:所述的監控用傳感器(3)包括運行狀態監控用傳感器和工藝狀態監控用傳感器，其中，運行狀態監控用傳感器包括功率傳感器(3-1)，用來測量磨床主軸的功率；位移傳感器(3-2)，用來測量磨床導軌的位移量以及床身振動量；壓力傳感器(3-3)，用來測量裝夾工件時兩頂尖間頂緊力的大小，同時也用來測量潤滑系統中潤滑油的壓力及油面位置；工藝狀態監控用傳感器包括圓度傳感器(3-4)，用來測量磨床加工工件的圓度值；圖像傳感器(3-5)，用來測量磨床加工工件的表面粗糙度及燒傷程度。
3.根據權利要求1或2所述的一種數控外圓磨床運行及工藝狀態監控與診斷裝置，其特征在于:所述的監控用傳感器(3)采集機床的運行及工藝狀態信號并在數據采集平臺(4)上完成數據的融合，之后該融合信號輸入到計算機(5)中完成數據處理(5-1)以及檢測結果顯示(5-2)的工作。
4.根據權利要求1所述的一種數控外圓磨床運行及工藝狀態監控與診斷裝置，其特征在于:所述的磨床運行及工藝狀態監控裝置(I)完成信號的測量并輸出到磨床運行及工藝狀態診斷裝置(2)，之后，在線測量的機床實時狀態信號與已建立的診斷模型(5-3)進行比較，完成知識庫搭建(5-4)，比較結果經狀態診斷(5-5)模塊分析、處理后，由診斷結果顯示(5-6)模塊完成磨床整機運行及工藝狀態的診斷與顯示。
專利摘要一種數控外圓磨床運行及工藝狀態監控與診斷裝置，包括磨床運行及工藝狀態監控裝置和磨床運行及工藝狀態診斷裝置，磨床運行及工藝狀態監控裝置包括監控用傳感器、數據采集平臺和計算機，監控用傳感器與數據采集平臺連接，數據采集平臺與計算機連接，磨床運行及工藝狀態監控裝置與磨床運行及工藝狀態診斷裝置連接；磨床運行及工藝狀態診斷裝置的功能是在計算機的基礎上實現的，本實用新型根據對磨床加工過程中關鍵信號的測量與分析，并進行診斷，提高了機床制造企業對用戶故障的快速響應能力，將該智能診斷模塊同現有的精密機床的數控系統部分相集成，實現了機床在線故障的診斷。
文檔編號B24B49/00GK202985345SQ20122060576
公開日2013年6月12日 申請日期2012年11月16日 優先權日2012年11月16日
發明者李學崑, 李太峰, 融亦鳴 申請人:清華大學