一种防止零件烧伤监控装置及其监控方法与流程

本发明涉及零件加工技术领域，具体的说，是一种防止零件烧伤监控装置及其监控方法。

背景技术：

钛合金零件具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点，其机械性能优良，而工艺性能较差，钛合金零件在数控加工过程中，经常出现粘刀、断刀、烧刀等问题，造成零件烧伤，导致零件超差或报废。这就导致其应用前景较好，但加工困难这一矛盾。

因此，对于钛合金零件数控铣削加工，零件加工过程中防烧伤监测是必不可少的，能实时监测加工过程中的温度变化，避免或减小加工过程中由于零件烧伤而造成的财产损失。目前采用的主要方法是通过装置与数控机床控制系统连接，读取零件在加工过程中的数控机床实时功率变化，通过功率的变化来判断加工过程中可能出现的故障。这种方法存在以下的缺陷：

1、监测准确性差，容易误判。由于是直接读取数控机床控制面板的加工功率变化来判断零件烧伤，读取的是功率值，非实时温度。当机床主轴通过一些奇异区域时，功率变化较大，但并没有烧伤，容易产生误判；

2、反馈效果差，响应速度慢。当零件在加工过程中已经烧伤时，即使监控装置显示功率值较大，但是并没有直接反馈给数控机床控制系统，需要人工干预，不能即时处理加工过程中已经发生的故障。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种防止零件烧伤监控装置及其监控方法，能够有效的弥补现有零件数控铣削加工过程中防烧伤监控方式的缺陷，对零件加工过程状态实现准确、快速、实时在线监测。

采用非接触式测量，不会对加工过程造成任何负面影响，不会对数控机床造成破坏性安装。

本发明通过下述技术方案实现：一种防止零件烧伤的监控装置，用于在数控机床对铝合金、钛合金、不锈钢类零件进行数控铣削加工时，对零件温度进行实时监测，其特征在于：包括监控装置主体以及与监控装置主体连接且安装在机床主轴非转动端面上的红外温度探测机构；所述红外温度探测机构包括光电探测器以及用于驱动光电探测器偏转的驱动机构；所述驱动机构包括安装在数控机床主体上的舵机以及与舵机连接的舵机驱动轴；所述光电探测器安装在舵机驱动轴上。

工作原理：在使用过程中，首先将红外温度探测机构安装在机床主轴的非转动端面上，将监控装置主体与红外温度探测机构进行连接，启动数控机床进行工作，采用红外测温原理，将测得的电信号与设定的阈值进行比较就相比较，如果大于阈值，发出机床主轴停止指令，数控机床停止工作，实现对零件加工过程中的实时温度监测。

通过自动编程对舵机进行精确的转动角度控制，使光电探测器按照计算好的角度进行偏转。光电探测器安装于舵机的驱动轴上。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述监控装置主体包括箱体、分别安装在箱体上的警示灯、开关按钮、复位按钮、常用输入键、显示屏、信号处理单元以及为监控装置主体供电的稳压电源；所述信号处理单元安装在箱体内部并与光电探测器连接；所述警示灯包括绿灯和红灯。

当监测的实时温度低于设定的阈值时,绿灯亮，表示加工状态正常，当监测的实时温度高于设定的阈值时，红灯亮，并通过装置内的处理器单元，发出机床主轴和进给停止指令。常用输入键用于设置监测阈值。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述信号处理单元包括依次连接的信号放大模块、模数转换模块、信号比较模块、信号处理模块；所述信号放大模块与光电探测器连接，所述信号处理模块与数控机床的控制系统连接。

稳压电源主要用于提供装置内各单元稳定的电压。

一种防止零件烧伤的监控装置进行监控的监控方法，其包括以下步骤：

步骤s1：红外温度探测机构组装；

步骤s2：启动监控装置主体，设置烧伤的阈值温度；

步骤s3：启动数控机床、装夹零件，通过舵机准确控制控制光电探测器偏转的角度；

步骤s4：正常加工，实时监控温度。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s1具体包括以下步骤：

步骤s11：将红外温度探测机构通过螺纹孔安装于机床主轴非转动端面上；所述光电探测器垂直于机床主轴；

步骤s12：通过连接线将红外温度探测机构与监控装置主体，将监控装置主体与数控机床之间连接；

步骤s13：记录机床主轴的中心轴线距离观点探测机构的长度距离为s。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s2具体是指：启动监控装置主体，通过常用输入键设置监测阈值；如显示屏数字不为零，通过复位按钮进行置零操作；确认加工状态。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s3具体包括以下步骤：

步骤s31：启动数控机床，装夹零件，将刀长值输入至数控机床，在监控装置主体内还安装有读取单元，通过监控装置主体内安装的读取单元获得铣削刀具长度值；

步骤s32：根据测算和已知铣削刀具的长度值，得到红外温度探测机构距离铣削刀具远离机床主轴一端的垂直长度为h；

步骤s33：通过机床主轴的中心轴线距离观点探测机构的长度距离为s和红外温度探测机构距离铣削刀具远离机床主轴一端的垂直长度为h，运算可得到加工范围合理监测需要的光电探测器摆角角度α；

步骤s34：通过对舵机的控制模块进行自动编程，控制光电探测器偏转的角度，实现按计算角度定角度摆动。

进一步地，为了更好的实现本发明，所述步骤s4具体是指：数控机床开始正常的加工，监控装置主体实现对数控铣削加工过程实时监控；如加工过程稳定无异常，则绿灯亮；如果加工过程异常，即将出现烧伤，则红灯亮，发出机床主轴停止指令，机床主轴停止。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

（1）本发明能够有效的弥补现有零件数控铣削加工过程中防烧伤监控方式的缺陷，对零件加工过程状态实现准确、快速、实时在线监测；

（2）本发明安装简单，操作方便；

（3）本发明采用非接触式测量，不会对加工过程造成任何负面影响，不会对数控机床造成破坏性安装；

（4）本发明能够有效的实现温度监控的实时反馈，在零件即将出现烧伤时，发出数控机床停止指令，避免零件因过度烧伤而导致超差或报废。

附图说明

图1为本发明的安装示意图；

图2为本发明中探测机构安装在数控加工铣削数控机床相对位置示意图；

图3为本发明中红外温度探测机构的立面结构示意图；

图4为本发明监控原理过程示意图；

图5为本发明监控装置主体的结构示意图。

其中1-监控装置主体，2-连接线，3-零件，4-刀具，5-红外温度探测机构，6-机床主轴，7-数控机床，8-警示灯，9-开关按钮，10-复位按钮，11-常用输入键，12-显示屏，13-舵机，14-舵机驱动轴，15-红外温度探测器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

本发明通过下述技术方案实现，如图1-图5所示，一种防止零件烧伤的监控装置，用于在数控机床7对铝合金、钛合金、不锈钢类零件3进行数控铣削加工时，对零件3温度进行实时监测，包括监控装置主体1以及与监控装置主体1连接且安装在机床主轴6非转动端面上的红外温度探测机构5。

需要说明的是，通过上述改进，在使用过程中，首先将红外温度探测机构5安装在机床主轴6的非转动端面上，将监控装置主体1与红外温度探测机构5进行连接，启动数控机床7进行工作，采用红外测温原理，将测得的电信号与设定的阈值进行比较就相比较，如果大于阈值，发出机床主轴6停止指令，数控机床7停止工作，实现对零件3加工过程中的实时温度监测。

能够有效的弥补现有零件3数控铣削加工过程中防烧伤监控方式的缺陷，对零件3加工过程状态实现准确、快速、实时在线监测。

装置为非接触式测量，不会对加工过程造成任何负面影响，不会对数控机床7造成破坏性安装。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例2：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，所述红外温度探测机构5包括红外温度探测器15以及用于驱动红外温度探测器15偏转的驱动机构。所述驱动机构包括安装在数控机床7主体上的舵机13以及与舵机13连接的舵机驱动轴14。所述红外温度探测器15安装在舵机驱动轴14上。

需要说明的是，通过上述改进，所述红外温度探测器15采集零件3加工过程中的实时电信号，根据输入的刀长值及安装距离自动调整角度，保证红外温度探测器15的视场范围始终在刀具4与零件3的接触点约直径为30的圆形范围内。

所述红外温度探测机构5还包括用于安装各元件的外壳。

舵机13用于精确控制安装在其舵机驱动轴14上的红外温度探测器15转过所需要的角度，红外温度探测器15安装于舵机驱动轴14上，通过汇聚其视场范围内目标红外辐射能量，红外能量聚焦在红外温度探测器15上并转变为相应的电信号。

优选的，所述红外温度探测器15安装在舵机驱动轴14远离舵机13的一端。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例3：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，所述监控装置主体1包括箱体、分别安装在箱体上的警示灯8、开关按钮9、复位按钮10、常用输入键11、显示屏12、信号处理单元以及为监控装置主体1供电的稳压电源。所述信号处理单元安装在箱体内部并与红外温度探测器15连接。所述警示灯8包括绿灯和红灯。

需要说明的是，通过上述改进，所述的开关按钮9用于开关电源，复位按钮10用于对显示屏12的数字复位置零。

所述的常用输入键11包含0-9数字按键、阈值键、确认键、其中0-9数字按键用于输入数值，阈值键用于输入监测的阈值，确认键即对所输入的数值进行确认。

所述的显示屏12用于显示输入的数值（非正常监控状态）、实时温度显示（运行监控状态）。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例4：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，所述信号处理单元包括依次连接的信号放大模块、模数转换模块、信号比较模块、信号处理模块。所述信号放大模块与红外温度探测器15连接，所述信号处理模块与数控机床7控制系统连接。

需要说明的是，通过上述改进，信号处理单元包括信号放大模块、模数转换模块、信号比较模块、信号处理模块。其中，信号放大器主要对微弱的电信号进行放大，模数转换模块用于将连续的模拟信号转换成信号处理模块可供处理的离散信号，信号比较单元用于与设置的阈值进行比较并得到比较结果，信号处理模块主要起中央处理器的作用，根据比较的结果，给数控机床7控制系统发出相应的指令，控制数控机床7继续工作或停止工作，所述模数转换模块为a/d转换模块。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例5：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1-图5所示，一种防止零件烧伤的监控装置进行监控的监控方法，包括以下步骤：

步骤s1：红外温度探测机构5组装；

步骤s2：启动监控装置主体1，设置烧伤的阈值温度。

步骤s3：启动数控机床7、装夹零件3，通过舵机13准确控制控制红外温度探测器15偏转的角度。

步骤s4：正常加工，实时监控温度。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例6：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，所述步骤s1具体包括以下步骤：

步骤s11：将红外温度探测机构5通过螺纹孔安装在机床主轴6非转动端面上。所述红外温度探测器15垂直于机床主轴6。

所述步骤s11具体是指将红外温度探测器15安装于舵机13的驱动轴上，当红外温度探测器15垂直于机床主轴6时，即红外温度探测器15的初始摆角为0°，完成探测器模块的组装。

将光电探测机构安装在机床主轴6非转动端面上，能够有限的减少因机床主轴6传动而造成的检测干扰，保证光电探测机构相对静止。

步骤s12：通过连接线2将红外温度探测机构5与监控装置主体1，将监控装置主体1与数控机床7之间连接。

连接线2用于连接红外温度探测器15与监控装置主体1，监控装置主体1与数控机床7，传递信号。

步骤s13：记录机床主轴6的中心轴线距离观点探测机构的长度距离为s。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例7：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，所述步骤s2具体是指：启启动监控装置主体1，通过常用输入键11设置监测阈值；如显示屏12数字不为零，通过复位按钮10进行置零操作；确认加工状态。

需要说明的是，通过上述改进，通过开关按钮9启动监控装置主体1，并通过常用输入键11中的阈值（threshold）键设置烧伤的阈值温度，如显示屏数字不为0，可通过复位按钮进行置零操作。加工状态确认之后，启动机床开始对零件进行加工。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例8：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，所述步骤s3具体包括以下步骤：

步骤s31：启动数控机床7，装夹零件3，将刀长值输入至数控机床7，通过监控装置主体1内安装的读取单元获得铣削刀具4长度值。

步骤s32：根据测算和已知铣削刀具4的长度值，得到红外温度探测机构5距离铣削刀具4远离机床主轴6一端的垂直长度为h。

步骤s33：通过机床主轴6的中心轴线距离观点探测机构的长度距离为s和红外温度探测机构5距离铣削刀具4远离机床主轴6一端的垂直长度为h，运算可得到加工范围合理监测需要的红外温度探测器15摆角角度α。

所述摆角角度α由机床主轴6的中心轴线距离观点探测机构的长度距离为s、红外温度探测机构5距离铣削刀具4远离机床主轴6一端的垂直长度为h通过反正切运算。

步骤s34：通过对舵机13的控制模块进行自动编程，准确控制红外温度探测器15偏转的角度，实现按计算角度定角度摆动。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例9：

本实施例在上述实施例的基础上做进一步优化，如图1所示，所述步骤s4具体是指：数控铣削数控机床7开始正常的加工，监控装置主体1实现对数控铣削加工过程实时监控。如加工过程稳定无异常，则绿灯亮。如果加工过程异常，即将出现烧伤，则红灯亮，发出机床主轴6停止指令，机床主轴6停止。

需要说明的是，通过上述改进，实现实时反馈，在零件3即将出现烧伤时，发出数控机床7停止指令，避免零件3因过度烧伤而导致超差或报废。

本实施例的其他部分与上述实施例相同，故不再赘述。

实施例10：

如图1-图5所示的一种防止零件烧伤的监控装置进行监控的监控方法，具体包括以下步骤：

步骤s1：红外温度探测机构5组装。

步骤s11：将红外温度探测机构5通过螺纹孔安装在机床主轴6非转动端面上。所述红外温度探测器15垂直于机床主轴6。

步骤s12：通过连接线2将红外温度探测机构5与监控装置主体1，将监控装置主体1与数控机床7之间连接。

步骤s13：记录机床主轴6的中心轴线距离观点探测机构的长度距离为s。

步骤s2：启动监控装置主体1，设置烧伤的阈值温度。具体是指：启动监控装置主体（1），通过常用输入键11设置监测阈值；如显示屏12数字不为零，通过复位按钮10进行置零操作；确认加工状态。

步骤s3：启动数控机床7、装夹零件3，通过舵机13准确控制控制红外温度探测器15偏转的角度。

步骤s31：启动数控机床7，装夹零件3，将刀长值输入至数控机床7，通过监控装置主体1内安装的读取单元获得铣削刀具4长度值。

步骤s32：根据测算和已知铣削刀具4的长度值，得到红外温度探测机构5距离铣削刀具4远离机床主轴6一端的垂直长度为h。

步骤s33：通过机床主轴6的中心轴线距离观点探测机构的长度距离为s和红外温度探测机构5距离铣削刀具4远离机床主轴6一端的垂直长度为h，运算可得到加工范围合理监测需要的红外温度探测器15摆角角度α。

所述摆角角度α由机床主轴6的中心轴线距离观点探测机构的长度距离为s、红外温度探测机构5距离铣削刀具4远离机床主轴6一端的垂直长度为h通过反正切运算。

步骤s34：通过对舵机13的控制模块进行自动编程，准确控制红外温度探测器15偏转的角度，实现按计算角度定角度摆动。

步骤s4：正常加工，实时监控温度。具体是指：数控铣削数控机床7开始正常的加工，监控装置主体1实现对数控铣削加工过程实时监控。如加工过程稳定无异常，则绿灯亮。如果加工过程异常，即将出现烧伤，则红灯亮，发出机床主轴6停止指令，机床主轴6停止。

实施例11：

如图1-图5所示一种防止零件烧伤的监控装置进行监控的监控方法，具体包括以下步骤：

将红外温度探测器15安装于舵机13的驱动轴上，红外温度探测器15的初始摆角为0°（沿图4平面垂直方向），完成探测器模块的组装。

为减小因主轴转动而造成的监测干扰，须将红外温度探测器15模块组安装于机床主轴6非转动端面，保证红外温度探测机构5相对静止。

第一次使用安装须记下机床主轴6中心轴线至红外温度探测机构5之间距离s。

将红外温度探测机构5安装在合适的位置后，接通各连接电源，并检查显示屏12是否为0，如不是可按reset将其复位（置零）。

启动数控机床7，装夹零件3，将刀长值输入至数控机床7，通过装置内读取单元可获得刀长值，根据测算和已知刀长值，可得h值。

通过反正切运算可得到加工范围合理监测需要的红外温度探测器15摆角角度α。

通过对舵机13的控制模块进行自动编程，准确控制红外温度探测器15偏转的角度，实现按计算角度定角度摆动。

数控铣削数控机床7开始正常的加工，监控装置主体1实现对数控铣削加工过程实时监控。如加工过程稳定无异常，则绿灯亮，如果加工过程异常，即将出现烧伤，则红灯亮，发出机床主轴6停止指令，机床主轴6停止。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。