数控加工过程全状态多信号撞机保护系统

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，具体为一种数控加工过程全状态多信号撞机保护系统。

背景技术

数控机床是数字控制机床(Computer numerical control machine tools)的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来，数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。

数控加工过程中的全状态多信号撞机保护系统是一种用于保护数控机床和工件的安全装置。它通过监测多个信号和状态变量来实现对机床运行过程中是否会发生碰撞的检测和保护，虽然现有的技术在机床撞击检测和保护方面已经取得了很大进展，但仍然存在一些缺陷如：

为了避免误判，现有技术中的撞击检测系统可能将判定门槛设置得较高，需要较大的力量、位移或加速度变化才能触发保护动作。这可能导致一些较小的碰撞或高速碰撞未能被及时检测到，影响撞击事件的预警能力和保护效果。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种数控加工过程全状态多信号撞机保护系统，具备信息分析模块根据机床三轴当前的加速度和位移距离，计算出三轴发生撞机的时间，并将发生碰撞的时间点发送至控制模块中，控制模块根据计算得出的时间点中的最小值，并在最小值的时间点的时间范围内，提前控制机床主动停机，进而避免了需要较大的力量、位移或加速度变化才能触发保护动作，致使一些较小的碰撞或高速碰撞未能被及时检测到，出现机床撞机现象，导致机床撞机受损等优点，解决了上述问题。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种数控加工过程全状态多信号撞机保护系统，包括信号采集模块、信息处理模块和控制模块；

所述信号采集模块由力传感器、位移传感器和加速度传感器，所述力传感器用于采集主轴在加工过程中切削力qxl信号，所述位移传感器用于采集主轴位移距离Jl信号，所述加速度传感器用于采集主轴加速度信号，所述信息采集模块通过数据线与信息处理模块连接，所述信息采集模块将采集到的信号通过数据线传输至信息处理模块；

所述信息处理模块对每连续三个切削力qxl信号进行分组编号，分组如：{qxl

所述位移传感器设置三个，分别与机床的X轴、Y轴和Z轴相对应，所述位移传感器分别采集X轴的位移距离X

所述控制模块用于接受异常信号和机床主轴预计发生碰撞时间信号，所述控制模块控制机床启停。

优选的，所述平均值qxljz计算公式如下：

公式中，qxl

优选的，所述信号采集模块收集并存储切削力平均值qxljz，所述信号收集模块将切削力平均值qxljz与切削力阈值qxlyz对比，当连续五个切削力平均值qxljz大于切削力阈值qxlyz时，判定为切削力异常。

优选的，所述位移距离X

优选的，所述信息处理模块以X轴作为参考轴，相对位移计算公式如下：

ΔY

ΔZ

公式中，ΔY

优选的，所述X轴位移计算公式如下：

ΔX＝V*t

公式中，V表示X轴初速度，V*t表示X轴在匀速直线运动中的位移。0.5*X

优选的，所述信息处理模块根据计算的出的X轴位移运动公式分别

计算Y轴的碰撞时间t

公式中，t

所述信息分析模块将t

优选的，所述控制模块接收到切削力异常信号后，所述控制模块控制控制机床停机。

优选的，所述控制模块在接收到t

与现有技术相比，本发明提供了一种数控加工过程全状态多信号撞机保护系统，具备以下有益效果：

1、本发明通过信息分析模块根据机床三轴当前的加速度和位移距离，计算出三轴发生撞机的时间，并将发生碰撞的时间点发送至控制模块中，控制模块根据计算得出的时间点中的最小值，并在最小值的时间点的时间范围内，提前控制机床主动停机，进而避免了需要较大的力量、位移或加速度变化才能触发保护动作，致使一些较小的碰撞或高速碰撞未能被及时检测到，出现机床撞机现象，导致机床撞机受损。

2、本发明通过力传感器对机床的实时切削力进行采集，并在单位时间内取平均值，降低异常数值对信息处理单元的判定影响，计算得出单位时间内的切削力平均值后，信息处理单元将其与预设的切削力阈值对比，当连续五个切削力平均值大于切削力阈值判定为异常情况，并将异常信号发送至控制模块，控制模块控制机床停机，进而防止机床刀头撞机导致刀头损坏，同时，通过求均值的方式计算切削力，避免单个异常数值导致机床停机，提高了信息处理模块判定撞机的精准性。

附图说明

图1为本发明系统流程示意图。

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1，一种数控加工过程全状态多信号撞机保护系统，包括信号采集模块、信息处理模块和控制模块。

信号采集模块由力传感器、位移传感器和加速度传感器构成；信息采集模块通过数据线与信息处理模块连接，信息采集模块将采集到的信号通过数据线传输至信息处理模块；

控制模块用于接受异常信号和机床主轴预计发生碰撞时间信号，控制模块控制机床启停；

力传感器用于采集主轴在加工过程中切削力qxl信号并发送至信息处理模块中，信息处理模块对每连续三个切削力qxl信号进行分组编号，分组如：{qxl

公式中，qxl

信息处理模块内设置有切削力阈值qxlyz，信息处理模块将切削力平均值qxljz与切削力阈值qxlyz对比，连续五个切削力平均值qxljz大于切削力阈值qxlyz时，判定为切削力异常，信息处理模块将异常信号发送至控制模块，控制模块接收到切削力异常信号后，控制模块控制控制机床停机；

位移传感器设置三个，分别与机床的X轴、Y轴和Z轴相对应，位移传感器分别采集X轴的位移距离x

ΔY

ΔZ

公式中，ΔY

ΔX＝V*t

公式中，V表示X轴初速度，V*t表示X轴在匀速直线运动中的位移。0.5*X

信息处理模块根据计算的出的X轴位移运动公式分别计算Y轴的碰撞时间t

公式中，t

信息分析模块将t

通过力传感器对机床的实时切削力进行采集，并在单位时间内取平均值，降低异常数值对信息处理单元的判定影响，计算得出单位时间内的切削力平均值后，信息处理单元将其与预设的切削力阈值对比，当连续五个切削力平均值大于切削力阈值判定为异常情况，并将异常信号发送至控制模块，控制模块控制机床停机，进而防止机床刀头撞机导致刀头损坏，同时，通过求均值的方式计算切削力，避免单个异常数值导致机床停机，提高了信息处理模块判定撞机的精准性；

信息分析模块根据机床三轴当前的加速度和位移距离，计算出三轴发生撞机的时间，并将发生碰撞的时间点发送至控制模块中，控制模块根据计算得出的时间点中的最小值，并在最小值的时间点的时间范围内，提前控制机床主动停机，进而避免了需要较大的力量、位移或加速度变化才能触发保护动作，致使一些较小的碰撞或高速碰撞未能被及时检测到，出现机床撞机现象，导致机床撞机受损。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。