专利名称：一种数控铣齿机床切削主轴实时监控系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及机械加工过程中的监控与安全保护领域，尤其是一种数控铣齿 机床切削主轴实时监控系统。
背景技术：
齿轮在机械行业中应用非常广泛，其中大直径、大模数齿轮的需求量近年 来增长迅速，但是传统的生产工艺效率低下，特别是齿轮的齿加工是一个主要 的瓶颈。如何能够快速的去除齿槽部分材料，是解决齿加工效率低下的主要手 段。人们先后通过在齿槽部位钻孔、刨削、铣削等方式，以提高齿轮加工效率。 随着技术的发展，逐渐发展到齿轮成形粗铣削，直至精铣削。高速铣齿机床， 在齿轮成形铣削方面已经步入正轨。该系列机床中，进给为伺服驱动方式而主 轴为变频驱动方式。成形铣齿过程是一个断续重切削过程。在这样的切削条件 下，对整个控制系统要求很高，如主电路、控制电路应保持良好，不能缺相或 失电，监控系统应完善并能够实现自检，加工过程不能过载，效率也不应太小， 变频驱动部分自身故障能够反馈给控制系统。由此，亟需一种能够实时监控系 统并通过停止切削对机床进行保护，同时，能够提示出相应的简明故障操作方 式，以便能够及时恢复生产的实时监控。
发明内容
本发明的目的在于针对上述需求，提供一种数控铣齿机床切削主轴实时监 控系统，该系统可自检测，能及时处理故障并预警。 本发明的技术方案是一种数控铣齿机床切削主轴实时监控系统，包括数控机床控制系统l,其特 征是所述数控机床控制系统1的伺服驱动输入接口连接进给伺服驱动模块5，数 控机床控制系统1的模拟电压输出接口连接主轴变频驱动模块2;进给伺服驱动
模块5的输出接口连接进给伺服电机6的驱动接口，进给伺服电机6连接工件
进给装置，工件进给装置上设置工件7;主轴变频驱动模块2的驱动输出接口连
接主轴变频电机3，主轴变频电机3的输出接口连接主轴切削刀具4，主轴切削 刀具4与工件7作为加工工艺系统9的输入部分；主轴变频驱动模块2的输出 接口连接可编程控制器及模拟量检测扩展模块8的输入接口，可编程控制器及 模拟量检测扩展模块8的输出接口连接上位机10的控制量输入接口，上位机10 的控制量接口连接数控机床控制系统1的控制量接口。 所述主轴变频驱动模块2内部包括自检监控模块。
所述可编程控制器及模拟量检测扩展模块8的输出为经采样处理、转换后 的数字量信号。
所述主轴变频驱动模块2的输出接口包括自身故障输出接口 。 所述工件7为平移进给部件或旋转部件。 所述工件7所作的运动为插补运动。
所述主轴变频电机3在其切削扭矩域阔值或功率域阀值内工作。 所述上位机10的控制量接口同时连接多台数控机床控制系统1与多台可编 程控制器及模拟量检测扩展模块8。
本发明的有益效果是
1、本发明可以对机床加工状态域阀值(切削扭矩域阀值)进行监控。加工 效率要在成本、产值等寻求平衡。这个域阀不仅可以在过载的情况下实现保护， 而且在效率比较低下的时候，能够自动提高加工速率，促使整个加工效率的提高。
2、 本发明可以判断主轴切削刀具(刀盘及刀片)的优劣。经过一段时间的 实际应用，获得整个工艺的加工参数，最终能够为加工的成本控制提出行之有 效的参考和方案。
3、 本发明可以对主轴的状况进行实时监控.，并能够做出判断，保证加工效
率与现场安全。
4、 本发明可以对变频器故障实现检测，对主轴机械系统、进给系统、工艺 系统以及人身安全实现有效保护。
5、 本发明具有普遍实用价值，硬件简单可靠，软件逻辑明确，原理简洁明 了，可方便在其它机床系统上扩展，与原有系统容易集成。
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明实施例中的切削扭矩域阀值或功率域阀值获取流程图。
图3是本发明的自检监控模块运行流程图。
图4是本发明的多台数控铣齿机的信息化集成示意图。
图中1为数控机床控制系统、2为主轴变频驱动模块、3为主轴变频电机、 4为主轴切削刀具、5为进给伺服驱动模块、6为进给伺服电机、7为ILH牛、8 为可编程控制器及模拟量检测扩展模块、9为加工工艺系统、10为上位机。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步描述
如图1， 一种数控铣齿机床切削主轴实时监控系统，包括数控机床控制系统1，数控机床控制系统1的伺服驱动输入接口连接进给伺服驱动模块5，数控机 床控制系统1的模拟电压输出接口连接主轴变频驱动模块2;进给伺服驱动模块
5的输出接口连接进给伺服电机6的驱动接口，进给伺服电机6连接工件进给装
置，工件进给装置上设置工件7;主轴变频驱动模块2的驱动输出接口连接主轴 变频电机3，主轴变频电机3的输出接口连接主轴切削刀具4，主轴切削刀具4 与工件7作为加工工艺系统9的输入部分；主轴变频驱动模块2的输出接口连 接可编程控制器及模拟量检测扩展模块8的输入接口，可编程控制器及模拟量 检测扩展模块8的输出接口连接上位机10的控制量输入接口，上位机10的控 制量接口连接数控机床控制系统1的控制量接口。
主轴变频驱动模块2内部包括自检监控模块。可编程控制器及模拟量检测 扩展模块8的输出为经采样转换后的数字信号。主轴变频驱动模块2的输出接 口包括自身故障输出接口。工件7为平移进给部件或旋转部件。工件7在进给 伺服电机6的带动下作插补运动。主轴变频电机3在其切削扭矩域阀值或功率 域阀值内工作。
如图4，上位机10的控制量接口包括控制量输出接口与控制量输入接口， 上位机10的控制量输出接口与控制量输入接口分别连接多台数控机床控制系统 1与多台可编程控制器及模拟量检测扩展模块8。
本发明的工作方式为
本发明的可编程控制器及模拟量检测扩展模块8中包括可编程控制器软件， 在数控机床控制系统1中自带控制软件。
自检监控模块对主轴变频电机3输出的功率进行检测，由可编程控制器及 模拟量检测扩展模块8将检测到的模拟量转化为数字量，通过实验及理论分析，对该模拟量进行采样及分析，获得正常加工状态下的切削扭矩域阀值或功率域 阀值，切削扭矩域阀值或功率域阀值为数字量阀值，并设置阀值得上下值，将 其输入到数控机床控制系统1中。可编程控制器及模拟量检测扩展模块8经过 一定的信号处理后，将信号反馈给数控机床控制系统l，数控机床控制系统l根 据这个值进行分析，如果超过切削扭矩域阀值或功率域阀值则产生报警；同时， 自检监控模块在工作时候对自身故障进行检测，通过主轴变频驱动模块2的自 身故障输出接口输入到可编程控制器及模拟量检测扩展模块8中，根据此产生 自身硬件故障报警，实现对机床切削主轴实时监控；另外可编程控制器及模拟 量检测扩展模块8和可编程控制器及模拟量检测扩展模块8嵌有互检程序，保 证系统的正常运行。
经理论及实验数据分析后，可获得机床正常工作的数字量域阀，由此范围 可设置上下限值比较处理。对系统运行的实时监控，并且需要在理论和实验的 基础上形成正常切削的域阀，保证切削的高效，低成本。
进给伺服驱动模块5和主轴变频驱动模块2在数控机床控制系统1的控制下 实现动作，保证主轴切削刀具4的正常运行。
可编程控制器及模拟量检测扩展模块8可连接多个检测点，对主轴变频驱动 模块的功率模拟量输出端进行采样处理，可测量出变频输出的等效功率数字量，
进而对切削状态进行判断，还有自检监控模块以及可编程控制器及模拟量检测 扩展模块8与数控机床控制系统1的互检。通过实时监控，可对整个生产线进 行管理，方便制造企业的信息化集成。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
1、一种数控铣齿机床切削主轴实时监控系统，包括数控机床控制系统(1)，其特征是所述数控机床控制系统(1)的伺服驱动输入接口连接进给伺服驱动模块(5)，数控机床控制系统(1)的模拟电压输出接口连接主轴变频驱动模块(2)；进给伺服驱动模块(5)的输出接口连接进给伺服电机(6)的驱动接口，进给伺服电机(6)连接工件进给装置，工件进给装置上设置工件(7)；主轴变频驱动模块(2)的驱动输出接口连接主轴变频电机(3)，主轴变频电机(3)的输出接口连接主轴切削刀具(4)，主轴切削刀具(4)与工件(7)作为加工工艺系统(9)的输入部分；主轴变频驱动模块(2)的输出接口连接可编程控制器及模拟量检测扩展模块(8)的输入接口，可编程控制器及模拟量检测扩展模块(8)的输出接口连接上位机(10)的控制量输入接口，上位机(10)的控制量接口连接数控机床控制系统(1)的控制量接口。
2、 根据权利要求l所述的一种数控铣齿机床切削主轴实时监控系统，其特征是 所述主轴变频驱动模块(2)内部包括自检监控模块。
3、 根据权利要求l所述的一种数控铣齿机床切削主轴实时监控系统，其特征是 所述可编程控制器及模拟量检测扩展模块(8)的输出为经采样处理、转换后的 数字量信号。
4、 根据权利要求l所述的一种数控铣齿机床切削主轴实时监控系统，其特征是 所述主轴变频驱动模块(2)的输出接口包括自身故障输出接口。
5、 根据权利要求l所述的一种数控铣齿机床切削主轴实时监控系统，其特征是 所述工件(7)为平移进给部件或旋转部件。
6、 根据权利要求1所述的一种数控铣齿机床切削主轴实时监控系统，其特征是所述工件(7)所作的运动为插补运动。
7、 根据权利要求1所述的一种数控铣齿机床切削主轴实时监控系统，其特征是 所述主轴变频电机(3)在其切削扭矩域阀值或功率域阀值内工作。
8、 根据权利要求1所述的一种数控铣齿机床切削主轴实时监控系统，其特征是 所述上位机(10.)的控制量接口同时连接多台数控机床控制系统(1)与多台可 编程控制器及模拟量检测扩展模块(8)。
全文摘要
一种数控铣齿机床切削主轴实时监控系统，包括数控机床控制系统，其特征是所述数控机床控制系统的伺服驱动输入接口连接进给伺服驱动模块，数控机床控制系统的模拟电压输出接口连接主轴变频驱动模块；进给伺服驱动模块的输出接口连接进给伺服电机的驱动接口，进给伺服电机连接工件进给装置；主轴变频驱动模块的驱动输出接口连接主轴变频电机，主轴变频电机的输出接口连接主轴切削刀具；主轴变频驱动模块的输出接口连接可编程控制器及模拟量检测扩展模块的输入接口，可编程控制器及模拟量检测扩展模块的输出接口连接上位机的控制量输入接口，上位机的控制量接口连接数控机床控制系统的控制量接口。本发明可保证加工效率与现场安全。
文档编号G05B19/4065GK101482740SQ20091002500
公开日2009年7月15日 申请日期2009年2月13日 优先权日2009年2月13日
发明者金 张, 方成刚, 洪荣晶, 黄筱调 申请人:南京工大数控科技有限公司