機(jī)械加工在線品質(zhì)管控方法和系統(tǒng)以及加工機(jī)床的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及機(jī)械加工監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種機(jī)械加工在線品質(zhì)管控方法和 系統(tǒng)以及加工機(jī)床。
【背景技術(shù)】
[0002] 在機(jī)械加工中，工件的品質(zhì)包括尺寸精度、形位公差和表面質(zhì)量等。由于加工環(huán)境 的限制和效率的要求，以往的品質(zhì)檢驗(yàn)都是在加工后進(jìn)行的，且屬于批量檢驗(yàn)。如果工件出 現(xiàn)批量不良，也只能批量返工或報(bào)廢，可能造成極大的浪費(fèi)。
[0003]造成工件品質(zhì)不良的因素很多，包括機(jī)床、工件材料、工藝參數(shù)和加工工具的狀態(tài) 等，其中任何一項(xiàng)因素的變化都可能導(dǎo)致品質(zhì)問題。通過加工后品質(zhì)檢驗(yàn)結(jié)果，也很難判斷 造成品質(zhì)不良的原因，無法做出及時(shí)的調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 基于此，有必要提供一種能夠及時(shí)判斷出加工品質(zhì)異常的機(jī)械加工在線品質(zhì)管控 方法和系統(tǒng)以及加工機(jī)床。
[0005] -種機(jī)械加工在線品質(zhì)管控方法，包括以下步驟：
[0006] 采集加工機(jī)床加工過程中的實(shí)時(shí)物理量；
[0007] 將所述實(shí)時(shí)物理量與預(yù)設(shè)范圍比較，若所述實(shí)時(shí)物理量超出所述預(yù)設(shè)范圍的邊 界，則判定被加工工件出現(xiàn)品質(zhì)異常，并控制所述加工機(jī)床執(zhí)行第一操作；
[0008] 其中，所述第一操作為立即停機(jī)、執(zhí)行完當(dāng)前工序后停機(jī)或繼續(xù)加工并報(bào)警；
[0009] 所述實(shí)時(shí)物理量為主軸電機(jī)功率、主軸電機(jī)扭矩、主軸電機(jī)的電流、切削力、切削 區(qū)域的振動(dòng)、切削區(qū)域的聲音或切削區(qū)域的溫度。
[0010] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述實(shí)時(shí)物理量為主軸電機(jī)功率;所述預(yù)設(shè)范圍的邊界通 過對(duì)多個(gè)合格加工過程中主軸電機(jī)的功率數(shù)據(jù)采用邊界控制法計(jì)算得出。
[0011] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述邊界控制法包括平均值法;所述預(yù)設(shè)功率范圍的邊界 通過對(duì)多個(gè)合格加工過程中主軸電機(jī)的功率數(shù)據(jù)采用平均值法計(jì)算得出的方法為：
[0012] 獲取Νι個(gè)所述合格加工過程中主軸電機(jī)的功率數(shù)據(jù);所述合格加工過程的個(gè)數(shù)為 Νι，每個(gè)所述合格加工過程中主軸電機(jī)的功率數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)均為Μ個(gè)；
[0013] 對(duì)于Νι個(gè)所述合格加工過程中主軸電機(jī)的功率數(shù)據(jù)的相同位置所對(duì)應(yīng)的Νι個(gè)功率 數(shù)據(jù)，計(jì)算所述見個(gè)功率數(shù)據(jù)的平均值耳；
[0014] 通過公式計(jì)算所述預(yù)設(shè)功率范圍的邊界對(duì)應(yīng)的功率數(shù)值；
[0015] 其中，仏為大于或等于2的整數(shù)，Μ為大于等于2的整數(shù)，i為大于等于1且小于等于Μ 的整數(shù);a為第一預(yù)設(shè)系數(shù)，且a>0。
[0016] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述邊界控制法包括標(biāo)準(zhǔn)差法;所述預(yù)設(shè)功率范圍的邊界 通過對(duì)多個(gè)合格加工過程中主軸電機(jī)的功率數(shù)據(jù)采用標(biāo)準(zhǔn)差法計(jì)算得出的方法為：
[0017] 獲取N2個(gè)所述合格加工過程中主軸電機(jī)的功率數(shù)據(jù);所述合格加工過程的個(gè)數(shù)為 N2，每個(gè)所述合格加工過程中主軸電機(jī)的功率數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)均為Μ個(gè)；
[0018] 對(duì)于Ν2個(gè)所述合格加工過程中主軸電機(jī)的功率數(shù)據(jù)的相同位置所對(duì)應(yīng)的Ν2個(gè)功率 數(shù)據(jù)，計(jì)算所述Ν2個(gè)功率數(shù)據(jù)的平均值匕和標(biāo)準(zhǔn)差 〇;
[0019] 通過公式巧土ησ計(jì)算所述預(yù)設(shè)功率范圍的邊界對(duì)應(yīng)的功率數(shù)值；
[0020] 其中，Ν2為大于或等于3的整數(shù)，Μ為大于等于2的整數(shù)，i為大于等于1且小于等于Μ 的整數(shù);s為第二預(yù)設(shè)系數(shù)。
[0021] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述第二預(yù)設(shè)系數(shù)s的取值范圍為3至5。
[0022] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述方法還包括：
[0023]存儲(chǔ)所述實(shí)時(shí)物理量，并顯示所述實(shí)時(shí)物理量和所述預(yù)設(shè)范圍。
[0024] -種機(jī)械加工在線品質(zhì)管控系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集裝置、數(shù)據(jù)處理裝置和信號(hào)輸出 裝置；
[0025] 所述數(shù)據(jù)采集裝置用于采集加工機(jī)床加工過程中的實(shí)時(shí)物理量，并轉(zhuǎn)換成所述數(shù) 據(jù)處理裝置可識(shí)別的信號(hào)模式，發(fā)送至數(shù)據(jù)處理裝置；
[0026]所述數(shù)據(jù)處理裝置用于將所述實(shí)時(shí)物理量與預(yù)設(shè)范圍比較，在所述實(shí)時(shí)物理量超 出所述預(yù)設(shè)范圍的邊界時(shí)，生成觸發(fā)信號(hào)，并經(jīng)所述信號(hào)輸出裝置將所述觸發(fā)信號(hào)發(fā)送至 所述加工機(jī)床的控制系統(tǒng)；
[0027] 所述加工機(jī)床的控制系統(tǒng)控制所述加工機(jī)床執(zhí)行第一操作；
[0028] 其中，所述第一操作為立即停機(jī)、執(zhí)行完當(dāng)前工序后停機(jī)或繼續(xù)加工并報(bào)警；
[0029] 所述實(shí)時(shí)物理量為主軸電機(jī)功率、主軸電機(jī)扭矩、主軸電機(jī)的電流、切削力、切削 區(qū)域的振動(dòng)、切削區(qū)域的聲音或切削區(qū)域的溫度。
[0030] 在其中一個(gè)實(shí)施例中，還包括顯示存儲(chǔ)裝置;所述顯示存儲(chǔ)裝置與所述數(shù)據(jù)處理 裝置連接；
[0031] 所述顯示存儲(chǔ)裝置用于存儲(chǔ)所述實(shí)時(shí)物理量，并顯示所述實(shí)時(shí)物理量和所述預(yù)設(shè) 范圍。
[0032] -種加工機(jī)床，包括上述任意一種所述機(jī)械加工在線品質(zhì)管控系統(tǒng)。
[0033] 上述機(jī)械加工在線品質(zhì)管控方法和系統(tǒng)以及加工機(jī)床，在機(jī)床加工過程中，采集 加工機(jī)床加工過程中的實(shí)時(shí)物理量，將實(shí)時(shí)物理量與預(yù)設(shè)范圍比較，若實(shí)時(shí)物理量超出預(yù) 設(shè)范圍的邊界，則判定被加工工件出現(xiàn)品質(zhì)異常，并控制加工機(jī)床執(zhí)行第一操作。其能夠根 據(jù)加工機(jī)床的實(shí)時(shí)物理量來判定當(dāng)前加工過程中是否有品質(zhì)異常，從而能及時(shí)發(fā)現(xiàn)加工過 程中的品質(zhì)問題，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的品質(zhì)管控，防止被加工產(chǎn)品發(fā)生批量不良。
【附圖說明】
[0034] 圖1為本發(fā)明機(jī)械加工在線品質(zhì)管控方法一個(gè)實(shí)施例的流程示意圖；
[0035] 圖2為本發(fā)明機(jī)械加工在線品質(zhì)管控方法一個(gè)實(shí)施例中的采用平均值法計(jì)算預(yù)設(shè) 功率范圍的流程示意圖；
[0036] 圖3為本發(fā)明機(jī)械加工在線品質(zhì)管控方法一個(gè)實(shí)施例中的采用標(biāo)準(zhǔn)差法計(jì)算預(yù)設(shè) 功率范圍的流程示意圖；
[0037] 圖4為多個(gè)合格加工過程中主軸電機(jī)的功率數(shù)據(jù)形成的曲線；
[0038]圖5為本發(fā)明機(jī)械加工在線品質(zhì)管控系統(tǒng)一個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明機(jī)械 加工在線品質(zhì)管控和系統(tǒng)以及加工機(jī)床的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述 的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0040] 能夠反應(yīng)加工機(jī)床加工過程的物理量有很多種，常用的包括切削力、主軸電機(jī)扭 矩、主軸電機(jī)功率、主軸電機(jī)電流、切削區(qū)域的振動(dòng)、切削區(qū)域的聲音和切削區(qū)域的溫度等 物理量。這些物理量對(duì)應(yīng)的傳感器依次為力傳感器、扭矩傳感器、功率傳感器、電流傳感器、 振動(dòng)傳感器、聲發(fā)射傳感器和溫度傳感器。由于每種傳感器的信號(hào)特點(diǎn)、安裝方式和成本的 差異，所以在不同的加工應(yīng)用場(chǎng)合，會(huì)使用不同的傳感器或多種傳感器融合的方式來監(jiān)測(cè) 加工過程。無論使用哪種或哪幾種傳感器，都需要確定每種傳感器對(duì)應(yīng)的能夠反應(yīng)加工過 程變化的特征值。特征值包括原始信號(hào);基于原始信號(hào)的樣本數(shù)據(jù)計(jì)算的各種時(shí)域內(nèi)的統(tǒng) 計(jì)信號(hào)，如平均值、峰值、均方根值等;對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理變換后所獲得的各類頻域 信號(hào)，如功率譜、幅值譜和相位譜等。在加工過程中，機(jī)床、工藝參數(shù)、加工工具和工件材料 每一個(gè)微小的變化，都會(huì)導(dǎo)致加工過程產(chǎn)生變化，相應(yīng)的能夠反應(yīng)加工過程的這些物理量 也會(huì)有變化。但具體使用哪種傳感器的哪種特征值來表征要反應(yīng)的加工過程的變化，需要 根據(jù)具體的信號(hào)特征與要監(jiān)測(cè)的物理現(xiàn)象之間的變化關(guān)系來確定。
[0041] 在確定要監(jiān)測(cè)的特征值之后，就可以使用該特征值作為實(shí)現(xiàn)智能制造的基礎(chǔ)數(shù) 據(jù)，并基于對(duì)該數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析來診斷、管理和控制加工過程，最終實(shí)現(xiàn)智能制造的目的。
[0042] 參見圖1，一個(gè)實(shí)施例中，機(jī)械加工在線品質(zhì)管控方法可以包括以下步驟：
[0043] S101，采集加工機(jī)床加工過程中的實(shí)時(shí)物理量。
[0044]其中，實(shí)時(shí)物理量可以為主軸電機(jī)功率、主軸電機(jī)扭矩、主軸電機(jī)的電流、切削力、 切削區(qū)域的振動(dòng)、切削區(qū)域的聲音或切削區(qū)域的溫度等物理量。在銑削，鉆削和磨削等機(jī)械 加工中，刀具通過自身高速旋轉(zhuǎn)和刀具與工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來切除工件材料。在車削中， 通過工件旋轉(zhuǎn)和刀具移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)材料去除。在去除材料的過程中，刀具或工件所受的切向 力表征了刀具和工件之間相互作用的程度。這是一個(gè)重要的加工過程參