专利名称：线上切削智慧型调控装置及其方法
技术领域：
本发明涉及一种与工具机控制器输入\输出(IO)模块整合的线上切削智慧型调控装置及其方法，其提供一种感测工具机在加工过程中所产生的振动，并根据振动信号改变现有的主轴转速或进给速度，以消弭工具机在加工过程中所产生的振动，进而降低刀具磨损、避免主轴精度的丧失以及加工精度较佳。
背景技术：
工具机，其泛指动力机械制造装置，通常用于切削各类可加工的材质，以生产机件或零件。工具机约略可分为车床、钻床、铣床或磨床，工具机的主要架构为一机台，机台中 具有一工作台，工作台的上方或其相邻位置至少设有一主轴，主轴具有一刀座，刀座设有至少一刀具，刀具可为铣刀、钻头、铰刀或搪刀等，刀座使刀具往复运动或高速转动，以对待加工物进行加工。然而对业者而言，其最大的困扰在于工具机加工过程中产生振动现象，其原因可能是切削条件的不适当、刀具动平衡不佳、工件表面切削产生的颤振或工件肉厚的变化，或者机台刚性引起的共振现象，振动将造成工件表面加工精度不佳、刀具磨损加剧或丧失主轴精度，所以现有的工具机仍有无法克服加工时产生有缺陷的问题，故现有的工具机仍有尚待改进的空间。
发明内容
有鉴于上述的缺点，本发明的目的在于提供一种与工具机控制器IO模块整合的线上切削智慧型调控装置及其方法，其感测一工具机在加工过程中所产生的振动，并根据该振动信号，而改变现有的主轴转速或进给速度，以消弭工具机在加工过程中所产生的振动，进而使得加工精度较佳、降低刀具磨损或避免主轴精度的丧失。
为了达到上述的目的，本发明的技术手段在于提供一种与工具机控制器IO模块整合的线上切削智慧型调控装置，工具机具有一主轴、一工作台与一控制器，主轴设于相邻于工作台，控制器具有一 IO模块，该装置具有至少一振动感测器与一振动信号处理器，振动感测器设于主轴或工作台的其中一者，振动信号处理器分别电连接振动感测器与IO模块，振动信号处理器具有一微电脑处理器。本发明又提供一种与工具机控制器IO模块整合的线上切削智慧型调控方法，其步骤具有检测振动信号感测一工具机在一加工过程中所产生的振动，并将此一振动信号传送给一振动信号处理器的微电脑处理器。计算加减值微电脑处理器依据振动信号，以计算出一振动量的标准差值，若标准差值超过一设定的允许值，则计算出一主轴转速的加减值。
检测现有的主轴转速微电脑处理器通过一电子IO模块与一控制器的IO模块，以读出一现有的主轴转速。求出新的主轴转速振动信号处理器将所读出现有的主轴转速加上计算加减值的步骤中所算出的加减值，以成为一新的主轴转速。改变为新的主轴转速振动信号处理器将新的主轴转速通过IO模块传送给控制器，以使工具机将原有主轴转速变更为新的主轴转速。本发明再提供一种与工具机控制器IO模块整合的线上切削智慧型调控方法，其步骤具有检测振动信号感测一工具机在一加工过程中所产生的振动，并将此一振动信号传送给一振动信号处理器的微电脑处理器。计算加减值微电脑处理器依据振动信号，以计算出一振动量的标准差值，若标准 差值超过一设定的允许值，则计算出工具机的进给速度的加减值。检测现有的进给速度微电脑处理器通过一电子IO模块与一控制器的IO模块，以读出一现有的进给速度。求出新的进给速度振动信号处理器将所读出现有的进给速度加上计算加减值的步骤中所算出的加减值，以成为一新的进给速度。改变为新的进给速度振动信号处理器将新的进给速度通过IO模块传送给控制器，以使工具机将原有进给速度变更为新的进给速度。如上所述的本发明的与工具机控制器IO模块整合的线上切削智慧型调控装置及其方法，振动感测器感测工具机在加工过程中所产生的振动，并将振动信号传送给微电脑处理器，以计算处一加减值，该加减值用于改变现有的主轴转速或进给速度，通过改变主轴转速或进给速度，而消弭工具机在加工过程中所产生的振动，进而降低刀具磨损、避免主轴精度的丧失以及加工精度较佳。
图I是本发明的与工具机控制器IO模块整合的线上切削智慧型调控装置的示意图；图2是一控制器、一振动信号处理器与一振动感测器的示意图；图3是本发明的与工具机控制器IO模块整合的线上切削智慧型调控方法的流程图；图4是本发明的与工具机控制器IO模块整合的线上切削智慧型调控装置的另一示意图。主要元件符号说明I工具机10 主轴100 刀座11 工作台12控制器120 IO 模块20振动感测器
21振动信号处理器210电子IO模块211微电脑处理器212带通信号过滤器30 34 步骤4工具机40主轴41工作台 42控制器43工作夹座50振动感测器51振动信号处理器
具体实施例方式以下是通过特定的具体实施例说明本发明的实施方式，所属技术领域中具有通常知识者可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。请配合参考图I及图2所示，本发明是一种与工具机控制器IO模块整合的线上切削智慧型调控装置，工具机I具有一主轴10、一工作台11与控制器12，主轴10相邻于工作台11，控制器12具有一 IO模块120, IO模块120为可程式逻辑控制(Programmable LogicController,PLC)的IO模块，主轴10具有一刀座100，控制器12能够选择性设于主轴10。该线上切削智慧型控制装置具有至少一振动感测器20与一振动信号处理器21，振动感测器20为微机电感测器或加速度规的其中一者，加速度规为石英材质所制成。振动信号处理器21具有一电子IO模块210、一微电脑处理器211与一带通信号过滤器212 (Bandpass Filter)，电子IO模块210、微电脑处理器211与带通信号过滤器212电连接，电子IO模块210为固态电子IO模块，振动信号处理器21能够选择性设于主轴10处，电子IO模块210电连接IO模块120。如图I所示，振动感测器20电连接带通信号过滤器212，振动感测器20设于主轴10或工作台11，其中设于主轴10的振动感测器20能够设于主轴10的刀座100处。请配合参考图3所示，本发明是一种与工具机控制器IO模块整合的线上切削智慧型调控方法，其步骤具有检测振动信号30 :至少一振动感测器20感测一工具机I在一加工过程中所产生的振动，振动感测器20将所感测振动，以一振动信号传送给一带通信号过滤器212，带通信号过滤器212将滤除非振动信号的杂讯,并将振动信号传送给微电脑处理器211。计算加减值31 :微电脑处理器211依据振动信号，以计算出一振动量的标准差值，若此标准差值超过一设定允许值，则以一计算公式计算一主轴转速或工具机进给速度的加减值(ES)。该计算公式如下ES = KPX (EK-EKl) +KI XEK ；KP = (KPmax-KPmin)X ((10-abs(EK))/(10-STDAYV)) + (KPmax-KPmin)X ((8-abs(EK-EKl) )/8)；
KI = (KImax-KImin)X ((abs(EK)-STDAYV)/(10-STDAYV)) + (KImax-KImin)X ((abs (EK-EKl)-0)/8)；其中，KP与KI为适应控制法则的参数；EK为本次的振动信号的标准差值，EKl为前次的振动信号的标准差值；KPmaX、KPmin、KPmaX与KImin为一定义常数，其相关于加工材料；STDAYV为振动信号的标准平均变异值。若上述的振动信号的标准差值未超过所设定的允许值，则ES等于零。检测现有的主轴转速或进给速度32 :微电脑处理器211通过电子IO模块210与
IO模块120，以读出一现有的主轴转速或进给速度。求出新的主轴转速或进给速度33 :振动信号处理器21将所读出现有的主轴转速 或进给速度加上计算加减值的步骤中所算出的加减值，以成为一新的主轴转速或进给速度，即新的主轴转速或进给速度=现有的主轴转速或进给速度+ES。改变为新的主轴转速或进给速度34 :振动信号处理器21将新的主轴转速或进给速度通过IO模块120传送给控制器12，以使工具机I将原有的主轴转速或进给速度变更为新的主轴转速或进给速度。请配合参考图4所示，本发明一种与工具机控制器IO模块整合的线上切削智慧型调控装置的另一实施例，工具机4具有一主轴40、一工作台41与一控制器42，控制器42选择性设于主轴40，主轴40相邻于工作台41，工作台41具有一工件夹座43。该线上切削智慧型控制装置具有至少一振动感测器50与一振动信号处理器51，其中控制器42、振动感测器50与振动信号处理器51等同上述的实施例，在本实施例中仅设置位置不同，故不再此详述控制器42、振动感测器50与振动信号处理器51的结构与用法，特先陈明。振动感测器50分别设于主轴40、工作台41与工件夹座43处，振动信号处理器51分别电连接控制器42与振动感测器50。综合上述的本发明的与工具机控制器IO模块整合的线上切削智慧型调控装置及其方法，其将至少一振动感测器设于主轴、工作台、刀座或工件夹座处，振动感测器感测工具机在加工过程中所产生的振动，并根据此一振动信号计算处一加减值，现有的主轴转速或进给速度加上该加减值，以改变主轴转速或进给速度，通过主轴转速或进给速度的变更，以消弭工具机在加工过程中所产生的振动，进而使得加工精度较佳、降低刀具磨损或避免主轴精度的丧失。以上所述的具体实施例，仅用于例释本发明的特点及功效，而非用于限定本发明的可实施范畴，在未脱离本发明上揭的精神与技术范畴下，任何运用本发明所揭示内容而完成的等效改变及修饰，均仍应为下述的权利要求所涵盖。
权利要求
1.ー种与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控装置，该工具机具有主轴、工作台与控制器，该主轴设于相邻于该工作台，该控制器具有ー输入\输出模块，该装置包括有 至少ー振动感测器，其设于该主轴或工作台的其中一者；以及 振动信号处理器，其分别电连接该振动感测器与该输入\输出模块，该振动信号处理器具有ー微电脑处理器。
2.如权利要求I所述的与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控装置，其中该振动信号处理器进ー步具有电子输入\输出模块与带通信号过滤器，该电子输入\输出模块、该微电脑处理器与该带通信号过滤器电连接，该带通信号过滤器电连接该振动感测器。
3.如权利要求2所述的与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控装置，其中该振动感测器为ー微机电感测器或加速度规的其中一者。
4.如权利要求3所述的与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控装置，其中该加速度规为石英材质所制成。
5.如权利要求3所述的与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控装置，其中该电子输入\输出模块为固态电子输入\输出模块。
6.如权利要求3所述的与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控装置，其中该微电脑处理器为ー单芯片微电脑处理器。
7.如权利要求I所述的与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控装置，其中该工作台进ー步具有一エ件夹座，该振动感测器设于该エ件夹座。
8.如权利要求I所述的与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控装置，其中该主轴具有一刀座，该振动感测器设于该刀座。
9.如权利要求I所述的与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控装置，其中该输入\输出模块为一可逻辑控制的输入\输出模块。
10.ー种与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控方法，其步骤包括有 检测振动信号感测ー工具机于ー加工过程中所产生的振动，并将此ー振动信号传送给ー振动信号处理器的微电脑处理器； 计算加减值该微电脑处理器依据该振动信号，以计算出ー振动量的标准差值，若该标准差值超过一设定的允许值，则计算出一主轴转速的加减值； 检测现有的主轴转速该微电脑处理器通过ー电子输入\输出模块与ー控制器的输入\输出模块，以读出一现有的主轴转速； 求出新的主轴转速该振动信号处理器将所读出现有的主轴转速加上该计算加减值的步骤中所算出的加减值，以成为一新的主轴转速；以及 改变为新的主轴转速该振动信号处理器将新的主轴转速通过该输入\输出模块传送给该控制器，以使该工具机将原有主轴转速变更为新的主轴转速。
11.如权利要求10所述的与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控方法，其中在该检测振动信号的步骤中，至少ー振动感测器感测该工具机所产生的振动，并该该振动信号传送给一帯通信号过滤器，以滤除非振动信号的杂讯，该带通信号过滤器将所检测的振动信号传送给该微电脑处理器。
12.如权利要求11所述的与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控方法，其中在该计算加减值的步骤中，若该标准差值未超过该允许值，则该加減值等于零。
13.—种与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控方法，其步骤包括有 检测振动信号感测ー工具机在一加工过程中所产生的振动，并将此ー振动信号传送给ー振动信号处理器的微电脑处理器； 计算加减值该微电脑处理器依据该振动信号，以计算出ー振动量的标准差值，若该标准差值超过一设定的允许值，则计算出该工具机的进给速度的加减值； 检测现有的进给速度该微电脑处理器通过ー电子输入\输出模块与ー控制器的输入\输出模块，以读出ー现有的进给速度； 求出新的进给速度该振动信号处理器将所读出现有的进给速度加上该计算加减值的步骤中所算出的加减值，以成为一新的进给速度；以及 改变为新的进给速度该振动信号处理器将新的进给速度通过该IO模块传送给该控制器，以使该工具机将原有进给速度变更为新的进给速度。
14.如权利要求13所述的与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控方法，其中在该检测振动信号的步骤中，至少ー振动感测器感测该工具机所产生的振动，并该该振动信号传送给一帯通信号过滤器，以滤除非振动信号的杂讯，该带通信号过滤器将所检测的振动信号传送给该微电脑处理器。
15.如权利要求14所述的与工具机控制器输入\输出模块整合的线上切削智慧型调控方法，其中在该计算加减值的步骤中，若该标准差值未超过该允许值，则该加減值等于零。
全文摘要
本发明公开一种与工具机控制IO模块整合的线上切削智慧型装置及其方法，其检测工具机在加工过程中所产生的振动，并依此一振动信号得出一加减值，再将加减值与现有的主轴转速或进给速度相加，以得出一新的主轴转速或进给速度，通过新的主轴转速或进给速度消弭工具机在加工过程中所产生的振动。
文档编号B23Q15/08GK102689227SQ201110087330
公开日2012年9月26日 申请日期2011年4月8日 优先权日2011年3月24日
发明者纪佃昀, 郑沧芳, 郭子鑫, 黄俊弘 申请人:财团法人工业技术研究院