一種機床空行程消除系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及數控機床加工過程在線監控領域，具體是一種機床空行程消除系統和方法。
【背景技術】
[0002]提高生產效率是現代制造類企業生存和發展的必要條件，就機械加工過程來說，提高生產效率可以從兩個方面出發，一是縮短實際加工時間，二是縮短非加工時間，在非加工時間中，空行程時間有很大的可壓縮性；數據表明，空行程時間占據磨削加工過程30%的時間，因此減少空行程時間，將會大大提高生產效率；實際加工中，機床刀具通常以很快速度接近工件，為防止工件與刀具相撞，設置工件與刀具的安全距離，這將會導致漫長的空行程時間；功率傳感器由于其穩定性和可靠性，已被廣泛用于電機等功率監控；現有技術中，專利號為CN103128661A提供了一種檢測磨床加工狀態的監控系統，其運用聲發射傳感器可以實現機床空行程消除，該系統通過聲發射信號檢測工件和砂輪的碰撞，并通過PR0FIBUS協議傳遞至機床PLC來控制零件執行動作，該種方法有四個缺點:第一，聲發射傳感器極易受外界干擾，容易引起誤判；第二，現代機床品種多樣，有些商用機床PLC不對外開放，通過R0FIBUS協議與PLC通訊，需要與機床廠合作對PLC進行重新編程，此過程極其耗時，不如與數控系統的開放式接口通訊相對便利；第三，其通過RS232傳遞聲發射信號至數控系統進行顯示存在嚴重缺陷，聲發射信號的采樣率一般都在幾MS/s甚至RS23S無法實現如此高的通訊傳輸，同時這種方法需要對數控系統進行二次開發才能實現，可實施性較差；第四，聲發射傳感器及相應硬件成本高。而專利號為CN2628217.6的專利里提供了一種快速軸承套圈內表面磨削空行程裝置，該裝置運用PLC采集電流監控軸承套圈和砂輪的接觸，該方法有三個缺點:第一，在低負載時電流的靈敏度比功率傳感器要低；第二，該專利通過PLC來采集電流信號，不具有通用性，商品化機床一般不會開放模擬輸入量給用戶，而且此過程也需要配合對機床廠家對PLC程序進行修改，極其耗時；第三，有效值電流傳感器的響應速度慢；專利號為CN102615551A，提供了一種設有碰撞檢測裝置的機床，通過加速度傳感器來檢測碰撞，該方法也存在如專利CN103128661A的缺點；基于上述原因，需要對現有技術進行改進。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種用于數控機床的空行程消除的裝置和方法，通過實時監控加工過程中機床主軸的功率，監測工件-刀具的接觸和碰撞，達到減少機床空行程的時間和刀具損壞的目的。
[0004]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
一種機床空行程消除系統，包括功率傳感器、數據采集模塊、信號處理模塊、信號輸出模塊和數控機床，所述數控機床包括數控系統、機床主軸伺服驅動、主軸電機以及進給軸伺服驅動和進給電機；所述功率傳感器安裝在數控機床的主軸伺服驅動后端，功率傳感器輸出端連接數據采集模塊，數據采集模塊輸出端連接至信號處理模塊，信號處理模塊輸出端同信號輸出模塊連接，信號輸出模塊輸出端連接至數控系統的通訊接口。
[0005]作為本發明進一步的方案:所述功率傳感器的響應時間小于100MS。
[0006]作為本發明再進一步的方案:所述數據采集模塊和信號輸出模塊采用一體的數據采集卡或是分開的獨立模塊。
[0007]作為本發明再進一步的方案:所述信號處理模塊為PC電腦、單片機、具有Android系統或蘋果1S系統的智能設備。
[0008]作為本發明再進一步的方案:所述機床主軸伺服驅動、進給軸伺服驅動、主軸電機和進給電機的數量大于等于I個。
[0009]所述機床空行程消除系統的機床空行程消除方法，包括以下步驟:
1)將功率傳感器安裝至機床主軸伺服驅動的主軸電機輸出端；
2)功率傳感器采集機床主軸的空轉功率，通過數據采集模塊將功率信號傳輸至信號處理模塊進行濾波、包絡等處理；
3)獲取機床空載功率，并設置功率信號的閾值Pth;
4)機床在空行程段快速進給接近工件，當刀具與工件接觸時的功率Pcontact>Pthl時，信號輸出模塊發出信號指令至數控系統的通訊接口，調整進給軸速度至所設定的加工速度；當Pc0ntact>Pth2時，信號輸出模塊發出指令信號至數控系統的通訊接口，停止加工過程防止對機床、刀具和工件造成損害；信號輸出模塊發出的指令為數字I/O信號、RS232信號、以太網或R0FIBUS形式。
[0010]與現有技術相比，本發明的有益效果是:本發明由于采用了功率傳感器實現加工過程中工件和刀具的接觸，不僅可以消除空行程、檢測碰撞而且還能監控整個加工過程，與傳統方法相比大大提高了系統穩定性并降低成本，只需增加一個外部設備并改動少量數控程序語句即可實現上述功能，具有方法新穎、安裝簡單、可靠性高等優點。
【附圖說明】
[0011]圖1是本發明的結構示意圖。
[0012]圖2是本發明的實施示意圖。
[0013]其中，1-功率傳感器；2_數據米集模塊；3_信號處理模塊；4_信號輸出模塊；5-數控機床；6_數控系統；7_機床主軸伺服驅動；8_進給軸伺服驅動；9_主軸電機；10_進給電機；11-數據采集卡；12-觸摸屏；13-第一進給軸伺服驅動；14-第二進給軸伺服驅動；15-第二進給軸伺服驅動；16_第一進給電機；17_第二進給電機；18_第二進給電機。
【具體實施方式】
[0014]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
[0015]實施例1
請參閱圖1-2，一種機床空行程消除系統，包括功率傳感器1、數據采集模塊2、信號處理模塊3、信號輸出模塊4和數控機床5，所述數據采集模塊2包括數據采集卡11，信號輸出模塊4包括觸摸屏12 ;所述數