一种数控机床断刀实时检测方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于数控技术领域，更具体地，涉及一种数控机床断刀实时检测方法。
【背景技术】
[0002] 数控加工过程中，切削力过大、刀具老化等原因可能会导致刀具断裂。如果不能及 时检测刀具断裂的情况，会影响加工品质及加工效率。尤其是在大批量、多工序的生产过程 中，一般采用大号刀具粗加工，再分别采用较小型号刀具进行半精加工和精加工，若未能及 时检测大号刀具的断裂，将导致随后工序中小号刀具连续断裂，严重扰乱生产流程。
[0003] 目前主要有两类刀具断裂检测方法。一类是非实时的检测方法，通过接触刀具刀 尖、光束检测、计算机视觉的图像处理等方法判断刀具是否断裂。该方法应用在加工前或完 成加工后，必须将刀具移动到指定检测位，无法判断加工过程中的刀具断裂情况，影响加工 效率，具有较大的局限性。
[0004] 另一类是实时的检测方法，通过加工过程中刀具断裂前后的关键特征进行判断检 测。例如《一种感应式微电流断刀检测电路》通过传感器检测钻孔过程中产生感应电流的变 化，同时PC机把当前位置与平均值进行实时对比，判断是否断刀；该方法适用于钻头加工的 情况，不适用于一般的铣削加工工艺，另外其装置复杂，信号获取不方便，在实际的生产应 用有一定的局限性。《一种加工成型设备的断刀监测方法》通过将主轴的空载转速与实时加 工转速间的速度差与基准转速差值进行比较，判定是否断刀；该方法适合于转速开环控制 的数控机床，加工过程中空载转速与实际转速会产生较大变化的情况，而对于采用转速闭 环控制的数控机床，由于在额定转速加工工程中转速波动幅度非常小，采用该方法不太适 用。
【发明内容】
[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于主轴电机电流的断 刀实时检测方法，该方法集成在数控系统上，只通过加工过程中数控内部的主轴时域电流 进行判断，降低应用成本;不添加任何传感器等辅助设备，不会受到传感器灵敏度降低或失 效等辅助设备问题的影响，可靠性更高。主要适用于断刀前后主轴电机电流变化较大的数 控加工过程，如切削量较大的粗加工过程或高硬度材料的精加工，能够根据主轴电机电流 的变化特征，快速实时检测是否断刀，提高加工效率，具有较高的应用价值。
[0006] 为实现上述目的，按照本发明，提供了一种数控机床断刀实时检测方法，其特征在 于，包括下列步骤：
[0007] 1)数控系统读取刀具工艺数据库中保存的7；和&值，其中I为正常切削加工时 所采集的主轴电机所有电流历史数据的平均值，7；为空载时采集的主轴电机所有电流历史 数据的平均值；
[0008] 2)设置计时器j = l;
[0009] 3)本步骤包括以下子步骤：
[0010] 3.1)数控机床在进行切削加工时，编码器采集主轴电机电流数据，并且编码器每 采集L个主轴电机电流数据，则将这L个主轴电机电流数据作为一个分析段，而且采用低通 滤波器对分析段的主轴电机电流数据进行实时滤波，以将频率高于f的信号滤除，其中f = kf。，其中f为滤波频率，kf为滤波频率系数且kf e (〇. 1，〇. 4)，f。为采样频率；
[0011] 3.2)计算第j个分析段的主轴电机电流数据的电流平均值f，并存入数控系统的 寄存器中，其中
为第j个分析段内的第k个主轴电机电流数 据，k为正整数且k<L;
[0012] 3.3)设置 j = j+l;
[0013] 3.4)判断j 2 3是否成立，如果否，则返回步骤3.1)，如果是，则进入步骤3.5);
[0014] 3.5)计算第j个分析段的主轴电机电流数据的电流平均值7；，并存入数控系统的 寄存器中
为第j个分析段内的第m个主轴电机电流数 据，m为正整数且m<L;
[0015] 3.6)判断数控机床在第j个分析段、第j-1个分析段和第j-2个分析段内是否存在 断刀:判断ζ、E和E是否满足下列条件①或条件②，如果是，则判断为断刀并进入步骤 4)，如果否，则进入步骤5);
[0018] 其中1^1，1?，1?少4，1?均为比值常系数；
[0019] 4)数控系统发出指令，中止加工程序，发出断刀故障报警信号；
[0020] 5)判断加工程序是否结束，如果是，则停止加工，如果否，则返回步骤3.1)。
[0021] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有 益效果：
[0022] 1)本发明通过加工过程中数控内部的主轴时域电流进行判断，降低应用成本，可 靠性更高；
[0023] 2)能够根据数控加工过程中主轴电机电流的变化特征，快速实时检测是否断刀， 提高加工效率，具有较高的应用价值。
【附图说明】
[0024] 图1是本发明一种基于主轴电机电流的断刀实时检测方法流程图；
[0025] 图2(a)是本发明的主轴电机电流滤波前的三个分析段电流波形图；
[0026] 图2(b)是本发明的主轴电机电流滤波后的三个分析段电流波形图。
【具体实施方式】
[0027] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并 不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要 彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0028] 参照图1、图2(a)和图2(b)，一种数控机床断刀实时检测方法，包括下列步骤：
[0029] 1)数控系统读取刀具工艺数据库中保存的ζ和&值，其中7；为正常切削加工时 所采集的主轴电机所有电流历史数据的平均值，ζ为空载时采集的主轴电机所有电流历史 数据的平均值；
[0030] 2)设置计时器j = l;
[0031] 3)本步骤包括以下子步骤：
[0032] 3.1)数控机床在进行切削加工时，编码器采集主轴电机电流数据，并且编码器每 采集L个主轴电机电流数据，则将这L个主轴电机电流数据作为一个分析段，而且采用低通 滤波器对分析段的主轴电机电流数据进行实时滤波，以将频率高于f的信号滤除，其中f = kf。，其中f为滤波频率，kf为滤波频率系数且kf e (〇. 1，〇. 4)，f。为采样频率；
[0033] 3.2)计算第j个分析段的主轴电机电流数据的电流平均值7；，并存入数控系统的 寄存器中，其中
为第j个分析段内的第k个主轴电机电流数 据，k为正整数且k<L;
[0034] 3.3)设置」=」+1;
[0035] 3.4)判断j 2 3是否成立，如果否，则返回步骤3.1)，如果是，则进入步骤3.5);
[0036] 3.5)计算第j个分析段的主轴电机电流数据的电流平均值并存入数控系统的 寄存器中，其中
，为第j个分析段内的第m个主轴电机电流数 据，m为正整数且m<L;