山东海特数控机床有限公司
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自动化制造系统加工过程中检测与监控系统

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一、检测与监控原理

在自动化制造系统的加工过程中,为了保证加工质量和系统的正常运行,需要对系统运行状态和加工过程进行检测与监控(如图1所示)。

1 检测与监控系统的组成

1. 运行状态检测与监控

在自动化制造系统中,需要检测与监控的运行状态通常包括:

1)刀具信息。

2)机床状态信息。

3)系统运行状态信息。

4)在线尺寸测量信息。

5)系统安全情况信息。

6)仿真信息。仿真信息包括以下内容:零件的数控程序是否准确;有无碰撞干涉情况;仿真综合结果情况等。

2.工件尺寸精度检测方法

1)直接测量与间接测量;(2)接触测量和非接触测量;

3)在线测量和离线测量。

3.刀具磨损和破损的检测方法

1)刀具、工件尺寸及相对距离测定法;(2)放射线法;(3)电阻法;(4)光学图像法;(5)切削力法;(6)切削温度法;(7)切削功率法;(8)振动法;(9)噪声分析法;(10)加工表面粗糙度法。

二、检测与监控应用举例

1 加工中心(MC)需检测的运行状态信息。

MC需检测的运行状态信息如下:

1)环境参数及安全检测。(2)刀库状态检测。(3)机床负载检测。

4)换刀机构检测。(5)交换工作台检测。(6)工作台振动检测。

7)冷却与润滑系统检测。(8CNC/PC系统检测。

2所示为根据切削力的变化判别刀具磨损和破损的系统原理图。

2 用切削力检测刀具状态原理图

三、检测设备

1.坐标测量机(CMM

坐标测量机(CoordinateMeasuringMachine)又叫做三坐标测量机,是一种检测工件尺寸误差、形位误差以及复杂轮廓形状的自动化制造系统的基本测量设备。

3声发射钻头破损检测装置系统图

(1)坐标测量机结构的特点。CMM和数控机床一样,其结构布局有立式和卧式两类,立式CMM有时是龙门式结构,卧式CMM有时是悬臂式结构。两种结构形式的CMM都有不同的尺寸规格,从小型台式到大型落地式。图5是一悬臂式CMM,由安放工件的工作台、立柱、三维测量头、位置伺服驱动系统、计算机控制装置等组成。

(2)坐标测量机的工作原理。

4 悬臂式坐标测量机

2.利用数控机床进行测量

在数控机床上进行测量有如下特点:不需要昂贵的CMM,但会损失机床的切削加工时间;可以针对尺寸偏差自动进行机床及刀具补偿,加工精度高;不需要工件来回运输和等待。

3.测量机器人

随着工业机器人的发展,机器人在测量中的应用也越来越受到重视。机器人测量具有在线、灵活、高效等特点,可以实现对零件100%的测量,因此特别适合于自动化制造系统中的工序间测量和过程测量。同坐标测量机相比,机器人测量造价低,使用灵活。

4.专用的主动测量装置

在大规模生产条件下,常将专用的自动检测装置安装在机床上,不必停机就可以在加工过程中自动检测工件尺寸的变化,并能根据测得的结果发出相应的信号,控制机床的加工过程(如变换切削用量、刀具补偿、停止进给、退刀和停机等)。例如,5所示为磨床上工件外径自动测量及反馈控制装置的原理图。

5 磨床上工件外径自动测量原理


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