数控机床车削稳定性在线监测系统及其监测方法与流程

1.本发明涉及数控机床技术领域，具体涉及数控机床车削稳定性在线监测系统及其监测方法。


背景技术：

2.车削即为车床加工，车床加工是机械加工的一部分。车床加工主要用车刀对旋转的工件进行车削加工。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。车床主要用于加工轴、盘、套和其它具有回转表面的工件。
3.现有的数控机床车削稳定性在线监测系统使用时：只通过单一的数据（例如实时功率、实时速度或者实时温度）对数控机床车削的运行进行监测分析，使得车削稳定性分析的数据不精准，进而导致车削稳定性的监测效果不佳。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供数控机床车削稳定性在线监测系统及其监测方法，解决以下技术问题：如何解决现有方案中车削稳定性监测效果不佳的技术问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：数控机床车削稳定性在线监测系统，包括进给采集单元、切削采集单元、温度采集单元、数据标记单元、数据计算单元、数据匹配单元、监测单元、调控单元和数据库；进给采集单元用于采集进给的数据信息，该数据信息包含进给材料数据和进给运行数据；切削采集单元用于采集切削的运行信息，该运行信息包含切削材料数据和切削运行数据；温度采集单元用于采集数控机床运行的温度信息，该温度信息包含切削温度和设备温度；数据标记单元对采集的数据信息、运行信息和温度信息进行标记处理，得到数据标记信息、运行标记信息和温度标记信息；数据计算单元用于对采集的各项数据进行联立计算，得到进给的材匹值和切削的运匹值，对材匹值和运匹值分析，得到数控机床的稳测值，数据匹配单元将稳测值与预设的稳测范围进行匹配，得到分析匹配集；监测单元对数据机床的运行进行实时监测；调控单元根据分析匹配集对数控机床的运行进行调控。
6.进一步地，对数据信息进行标记处理的具体步骤包括：获取数据信息中的进给材料数据和进给运行数据，对进给材料数据中的进给材料类型进行标记并获取对应的进材关联值，将进给材料类型标记为jcli，i=1,2,3...n；将进给材料类型与预设的进给材料类型关联表进行匹配获取对应的进材关联值并标记为jcgi；对进给运行数据中的进给速度和进给硬度分别进行取值和标记，将进给速度标记为jsi，将进给硬度标记为jyi；将标记的各项数据进行组合，得到数据标记信息；对运行信息和温度信息中的各项数据进行取值标记和组合。
7.进一步地，对运行信息进行标记处理的具体步骤包括：获取运行信息中的切削材料数据和切削运行数据，对切削材料数据中的切削材料类型进行标记并获取对应的切材关联值，将切削材料类型标记为qcli，将切削材料类型与预设的切削材料类型关联表进行匹
配获取对应的切材关联值并标记为qcgi；对切削运行数据中的切削速度和切削深度分别进行取值和标记，将切削速度标记为qsi，将切削深度标记为xsi，将标记的各项数据进行组合，得到运行标记信息。
8.进一步地，对温度信息进行标记处理的具体步骤包括：获取温度信息中的切削温度和设备温度，将切削温度标记为qxwi，将设备温度标记为sbwi，将标记的各项数据进行组合，得到温度标记信息。
9.进一步地，对采集的各项数据进行联立计算的具体步骤包括：获取标记的各项数据并进行归一化处理取值，利用公式计算获取进给的材匹值；其中，jcgi表示为进给材料类型对应的进材关联值，jsi表示为进给速度，jyi表示为进给硬度，表示为进给补偿因子；利用公式计算获取切削的运匹值；其中，qcgi表示为切削材料类型对应的切材关联值，qsi表示为切削速度，xsi表示为切削深度，a1和a2表示为不同的比例系数，表示为切削补偿因子；根据温度标记信息中标记的各项数据获取数控机床运行的温迁值。
10.进一步地，利用公式计算获取数控机床运行的温迁值，表示为温度修正因子，qxwi表示为切削温度，sbwi表示为设备温度；获取温迁值与预设的温迁阈值之间的比值并进行分析，若该比值不大于k，则生成第一温分信号；若该比值大于k，则生成第二温分信号，将第一温分信号和第二温分信号组合，得到温度分析集。
11.进一步地，对材匹值和运匹值分析的具体步骤包括：利用公式计算得到数控机床的稳测值, 表示为运行补偿因子，b1和b2表示为不同的比例系数。
12.进一步地，将稳测值与预设的稳测范围进行匹配的具体步骤包括：若稳测值不大于稳测范围的最小值，则生成第一运行信号；若稳测值大于稳测范围的最小值且不大于稳测范围的最大值，则生成第二运行信号；若稳测值大于稳测范围的最大值，则生成第三运行信号；第一运行信号、第二运行信号和第三运行信号构成运行分析集，对运行分析集和温度分析集进行分析，得到分析匹配集。
13.进一步地，对运行分析集和温度分析集进行分析的具体步骤包括：若运行分析集中包含第二运行信号且温度分析集中包含第一温分信号，则判定数据机床运行稳定；若运行分析集中不包含第二运行信号且温度分析集中不包含第一温分信号，则判定数据机床运行不稳定并生成调控信号。
14.数控机床车削稳定性在线监测系统的监测方法，具体的步骤包括：采集进给的数据信息、切削的运行信息以及数控机床运行的温度信息，对采集的数据信息、运行信息和温度信息进行标记处理，得到数据标记信息、运行标记信息和温度标记信息；对采集的各项数据进行联立计算，得到进给的材匹值和切削的运匹值，对材匹值和运匹值分析，得到数控机床的稳测值，将稳测值与预设的稳测范围进行匹配，得到分析匹配集；根据分析匹配集对数控机床的运行进行调控。
15.本发明的有益效果：
通过进给采集单元、切削采集单元、温度采集单元、数据标记单元、数据计算单元、数据匹配单元、监测单元、调控单元和数据库之间的配合使用，对采集的各项数据进行标记处理，可以使得各项数据标准化以及规范化便于计算，可以提高各项数据计算的效率和准确率，对采集的进给、切削以及温度的各项数据进行联立分析，可以从多个方面为数控机床车削稳定性的分析提供多样的数据支持，可以有效提高数据分析的准确性，可以克服现有方案中分析数控机床车削稳定性的数据单一，导致车削运行分析的准确性不佳，达到提高车削稳定性监测效果的目的。
附图说明
16.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
17.图1为本发明数控机床车削稳定性在线监测系统的模块框图。
具体实施方式
18.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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
19.请参阅图1所示，本发明为数控机床车削稳定性在线监测系统，包括进给采集单元、切削采集单元、温度采集单元、数据标记单元、数据计算单元、数据匹配单元、监测单元、调控单元和数据库；本实施例中，数控机床的切削三要素一般为切削速度、进给速度和切削深度，切削速度=(3.14*刀具直径*机床转速)/1000,单位为米/分钟；切削速度是指刀具切削刃上任意一点相对于工件的移动速度，切削刃移动越快，切削速度越快；进给速度是指工件在单位时间里相对于切削刃的移动距离，进给速度=机床转速*刀具齿数*每齿切削深度,单位是毫米/分钟；这两个参数的合理搭配对刀具的使用寿命和切削效果至关重要；对采集进给、切削以及温度的各项数据进行联立分析，可以从多个方面为数控机床车削稳定性的分析提供可靠的数据支持，可以有效提高数据分析的准确性和多样性，进而可以提高车削运行分析的准确性。
20.进给采集单元用于采集进给的数据信息，该数据信息包含进给材料数据和进给运行数据；切削采集单元用于采集切削的运行信息，该运行信息包含切削材料数据和切削运行数据；温度采集单元用于采集数控机床运行的温度信息，该温度信息包含切削温度和设备温度；数据标记单元对采集的数据信息、运行信息和温度信息进行标记处理，得到数据标记信息、运行标记信息和温度标记信息；具体步骤的包括：获取数据信息中的进给材料数据和进给运行数据，对进给材料数据中的进给材料类型进行标记并获取对应的进材关联值，将进给材料类型标记为jcli，i=1,2,3...n；将进给材料类型与数据库中预设的进给材料类型关联表进行匹配获取对应的进材关联值并标记为jcgi；对进给运行数据中的进给速度和进给硬度分别进行取值和标记，将进给速度标记为jsi，将进给硬度标记为jyi；将标记的各项数据进行组合，得到数据标记信息；
对运行信息和温度信息中的各项数据进行取值标记和组合；获取运行信息中的切削材料数据和切削运行数据，对切削材料数据中的切削材料类型进行标记并获取对应的切材关联值，将切削材料类型标记为qcli，将切削材料类型与数据库中预设的切削材料类型关联表进行匹配获取对应的切材关联值并标记为qcgi；对切削运行数据中的切削速度和切削深度分别进行取值和标记，将切削速度标记为qsi，将切削深度标记为xsi，将标记的各项数据进行组合，得到运行标记信息；其中，切削材料类型为刀具的材料类型；获取温度信息中的切削温度和设备温度，分别对其取值和标记组合，将切削温度标记为qxwi，将设备温度标记为sbwi，将标记的各项数据进行组合，得到温度标记信息；其中，设备温度可以为数控机床的表面温度，切削温度可以为刀具切削材料时的温度。
21.本实施例中，在进给方面，采集的数据包含进给材料类型、进给硬度和进给速度；在切削方面，采集的数据包含切削材料类型、切削速度和切削深度；在运行方面，采集的数据包含切削温度和设备温度；通过从不同方面对影响车削稳定性的数据进行采集和处理，通过将包含数值的数据进行取值标记，将不包含数值的数据进行赋值标记，赋值可以基于自定义的规则对不同类型的数据进行设定，例如切削材料类型的取值，可以设定不同的切削材料类型均对应一个不同的切材关联值，将若干个切材关联值排列组合得到切削材料类型关联表，使得采集的各项数据标准化以及规范化便于进行计算，可以提高各项数据计算的效率和准确率。
22.数据计算单元用于对采集的各项数据进行联立计算，得到进给的材匹值和切削的运匹值，包括：获取标记的各项数据并进行归一化处理取值，利用公式计算获取进给的材匹值；其中，jcgi表示为进给材料类型对应的进材关联值，jsi表示为进给速度，jyi表示为进给硬度，表示为进给补偿因子，可以取值为0.182543；利用公式计算获取切削的运匹值；其中，qcgi表示为切削材料类型对应的切材关联值，qsi表示为切削速度，xsi表示为切削深度，a1和a2表示为不同的比例系数，表示为切削补偿因子，可以取值为0.693685；根据温度标记信息中标记的各项数据获取数控机床运行的温迁值；利用公式计算获取数控机床运行的温迁值，表示为温度修正因子，可以取值为0.758245，qxwi表示为切削温度，sbwi表示为设备温度；本实施例中，分别对进给方面、切削方面以及温度方面的数据进行计算联立，使得各个方面的数据进行联立便于整体分析，可以提高数据分析的准确性，克服现有方案中只通过单一的数据进行稳定性分析的缺陷。
23.获取温迁值与预设的温迁阈值之间的比值并进行分析，若该比值不大于k，则生成第一温分信号；若该比值大于k，则生成第二温分信号，将第一温分信号和第二温分信号组合，得到温度分析集；其中，k为常数，基于不同类型的数控机床进行预设。
24.本实施例中，通过从温度方面对数控机床车削的运行进行分析，当车削稳定运行以及不稳定运行时，运行的温度存在差异，基于温度方面为数控机床车削的稳定性分析提
供数据支持。
25.对材匹值和运匹值分析，利用公式计算得到数控机床的稳测值,表示为运行补偿因子，可以取值为0.132521，b1和b2表示为不同的比例系数；稳测值用于将进给方面和切削方面计算的数据进一步联立，对数控机床车削的稳定性进行整体分析。
26.数据匹配单元将稳测值与预设的稳测范围进行匹配，包括：若稳测值不大于稳测范围的最小值，则生成第一运行信号；若稳测值大于稳测范围的最小值且不大于稳测范围的最大值，则生成第二运行信号；若稳测值大于稳测范围的最大值，则生成第三运行信号；第一运行信号、第二运行信号和第三运行信号构成运行分析集；其中，第二运行信号表示车削运行稳定，第一运行信号和第三运行信号均表示车削运行不稳定，第一运行信号可以表示车削的运行低于标准要求，第三运行信号可以表示车削的运行高于标准要求，标准要求可以根据车削稳定运行时的各项数据进行设定；对运行分析集和温度分析集进行分析，若运行分析集中包含第二运行信号且温度分析集中包含第一温分信号，则判定数据机床运行稳定；若运行分析集中不包含第二运行信号且温度分析集中不包含第一温分信号，则判定数据机床运行不稳定并生成调控信号，将调控信号与运行分析集和温度分析集排列组合，得到分析匹配集；其中，通过温度方面对数据机床车削的运行是否稳定来进一步分析。
27.调控单元根据分析匹配集对数控机床的运行进行调控，包括：若分析匹配集中包含调控信号，则根据调控信号对数据机床的运行进行调控，包括但不限于对数据机床的进给和切削进行调整。
28.数控机床车削稳定性在线监测系统的监测方法，具体的步骤包括：采集进给的数据信息、切削的运行信息以及数控机床运行的温度信息，对采集的数据信息、运行信息和温度信息进行标记处理，得到数据标记信息、运行标记信息和温度标记信息；对采集的各项数据进行联立计算，得到进给的材匹值和切削的运匹值，对材匹值和运匹值分析，得到数控机床的稳测值，将稳测值与预设的稳测范围进行匹配，得到分析匹配集；根据分析匹配集对数控机床的运行进行调控。
29.本发明中的公式均是去除量纲取其数值计算，通过采集大量数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设比例系数和阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获取。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对应本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。