基于传感器监测的智能制造方法和系统以及加工机床的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及机械加工监控技术领域，尤其涉及一种基于传感器监测的智能制造方法和装置以及加工机床。
【背景技术】
[0002]在机械加工中，整个加工系统是由机床、工件材料、加工工具和工艺参数四大部分组成。其中每一部分发生微小的变化，都会对最终的产品品质和生产效率有影响。机床按照既定的程序执行每一项动作，这样的动作执行过程相当于开环控制，并未对运动部件是否执行到位进行管控。工件材料，加工刀具和工艺参数发生任何异常也无法在加工过程中及时发现，只能在加工完成后的品质检验中才能发现。
【发明内容】
[0003]基于此，有必要提供一种能够及时对加工过程中出现的问题进行管控的基于传感器监测的智能制造方法和系统以及加工机床。
[0004]—种基于传感器监测的智能制造方法，包括以下步骤:
[0005]采集加工机床加工过程中的实时物理量；
[0006]根据所述实时物理量对加工过程进行诊断、管理和/或控制；
[0007 ]其中，所述实时物理量为主轴电机功率、主轴电机扭矩、主轴电机的电流、切削力、切削区域的振动、切削区域的声音或切削区域的温度。
[0008]在其中一个实施例中，所述实时物理量为主轴电机功率;所述根据所述实时物理量对加工过程进行诊断、管理和/或控制步骤包括:
[0009]检测所述主轴电机功率的波动频率和/或波动幅值，若所述波动频率和/或所述波动幅值超出预设范围，则调节所述主轴电机的转速，将所述波动频率和/或所述波动幅值控制在预设范围。
[0010]在其中一个实施例中，所述实时物理量为主轴电机功率;所述根据所述实时物理量对加工过程进行诊断、管理和/或控制步骤包括:
[0011 ]根据所述主轴电机功率的大小判断加工机床当前状态；
[0012]其中，所述加工机床当前状态包括加工状态、加工工具的磨损情况以及加工工具和加工工件的接触状态。
[0013]在其中一个实施例中，所述实时物理量为主轴电机功率;所述根据所述实时物理量对加工过程进行诊断、管理和/或控制步骤包括:
[0014]将所述主轴电机功率与预设功率范围比较，若所述主轴电机功率超出所述预设功率范围的边界，则判定被加工工件出现品质异常，并控制所述加工机床执行第一操作；
[0015]其中，所述第一操作为立即停机、执行完当前工序后停机或继续加工并报警。
[0016]在其中一个实施例中，所述实时物理量为主轴电机功率;所述根据所述实时物理量对加工过程进行诊断、管理和/或控制步骤包括:
[0017]根据所述主轴电机功率控制加工工件的技术指标；
[0018]其中，所述技术指标包括尺寸精度、形位公差和表面质量中的一种以上。
[0019]在其中一个实施例中，所述根据所述主轴电机功率控制加工工件的技术指标的方法为:
[0020]将与所述加工工件的技术指标相关联的第一功率阈值作为监测标准；
[0021 ]当所述主轴电机功率超过所述第一功率阈值时，调节所述主轴电机的工艺参数，以使得所述主轴电机功率小于等于所述第一功率阈值；
[0022]其中，所述主轴电机的工艺参数包括转速、进给速度和吃刀量中的一种以上参数。
[0023]在其中一个实施例中，所述根据所述主轴电机功率控制加工工件的技术指标的方法为:
[0024]获得所述加工工件的技术指标上限对应的第二功率阈值；
[0025]设定所述主轴电机的工艺参数，并监测在所设定的所述主轴电机的工艺参数下主轴电机功率；
[0026]若在所设定的所述工艺参数下主轴电机功率小于或大于所述第二功率阈值，则通过预设算法计算下一时刻的工艺参数；
[0027]直至在所设定的所述工艺参数下主轴电机功率等于所述第二功率阈值。
[0028]—种基于传感器监测的智能制造系统，包括数据采集装置、数据处理装置和信号输出装置；
[0029]所述数据采集装置用于采集加工机床加工过程中的实时物理量，并转换成所述数据处理装置可识别的信号模式，发送至数据处理装置；
[0030]所述数据处理装置用于根据所述实时物理量与预设条件的关系生成相应的控制信号，以及经所述信号输出装置将所述控制信号发送至所述加工机床的控制系统；
[0031 ]所述加工机床的控制系统根据所述控制信号控制所述加工机床执行相应操作；[0032 ]其中，所述实时物理量为主轴电机功率、主轴电机扭矩、主轴电机的电流、切削力、切削区域的振动、切削区域的声音或切削区域的温度。
[0033]在其中一个实施例中，还包括显示存储装置;所述显示存储装置与所述数据处理装置连接；
[0034]所述显示存储装置用于存储所述实时物理量，并显示所述实时物理量。
[0035]—种加工机床，包括上述任意一种基于传感器监测的智能制造系统。
[0036]上述基于传感器监测的智能制造方法和系统以及加工机床，在机床加工过程中，采集加工机床加工过程中的实时物理量，然后根据实时物理量对加工过程进行诊断、管理和/或控制。其能够根据加工机床的实时物理量对加工过程进行诊断、管理和/或控制，能够及时对加工过程中出现的问题进行管控，从而提高加工效率和产品品质。
【附图说明】
[0037]图1为本发明基于传感器监测的智能制造方法一个实施例的流程示意图；
[0038]图2为本发明基于传感器监测的智能制造系统一个实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0039]为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明基于传感器监测的智能制造方法和系统以及加工机床的【具体实施方式】进行说明。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。
[0040]能够反应加工机床加工过程的物理量有很多种，常用的包括切削力、主轴电机扭矩、主轴电机功率、主轴电机电流、切削区域的振动、切削区域的声音和切削区域的温度等物理量。这些物理量对应的传感器依次为力传感器、扭矩传感器、功率传感器、电流传感器、振动传感器、声发射传感器和温度传感器。由于每种传感器的信号特点、安装方式和成本的差异，所以在不同的加工应用场合，会使用不同的传感器或多种传感器融合的方式来监测加工过程。无论使用哪种或哪几种传感器，都需要确定每种传感器对应的能够反应加工过程变化的特征值。特征值包括原始信号;基于原始信号的样本数据计算的各种时域内的统计信号，如平均值、峰值、均方根值等;对原始信号进行数学处理变换后所获得的各类频域信号，如功率谱、幅值谱和相位谱等。在加工过程中，机床、工艺参数、加工工具和工件材料每一个微小的变化，都会导致加工过程产生变化，相应的能够反应加工过程的这些物理量也会有变化。但具体使用哪种传感器的哪种特征值来表征要反应的加工过程的变化，需要根据具体的信号特征与要监测的物理现象之间的变化关系来确定。
[0041]在确定要监测的特征值之后，就可以使用该特征值作为实现智能制造的基础数据，并基于对该数据的详细分析来诊断、管理和控制加工过程，最终实现智能制造的目的。
[0042]参见图1，一个实施例中，基于传感器监测的智能制造方法可以包括以下步骤:
[0043]S100，采集加工机床加工过程中的实时物理量。
[0044]其中，实时物理量可以为主轴电机功率、主轴电机扭矩、主轴电机的电流、切削力、切削区域的振动、切削区域的声音或切削区域的温度等物理量。在铣削，钻削和磨削等机械加工中，刀具通过自身高速旋转和刀具与工件之间的相对运动来切除工件材料。在车削中，通过工件旋转和刀具移动来实现材料去除。在去除材料的过程中，刀具或工件所受的切向力表征了刀具和工件之间相互作用的程度。这是一个重要的加工过程参数，加工系统中各项输入的变化都会使这个力发生变化，进而产生不同的加工效果。但直