生产线刀具破损监控系统设计与研制

摘要

随着生产自动化和智能化程度的提高，对刀具破损在线监控提出了更高的要求。在生产线批量加工过程中如果刀具破损而没有及时发现，轻则降低生产线的工作效率，造成工件的报废，重则损坏刀具和数控机床甚至造成事故。因此对于生产线批量生产刀具破损在线监控是非常有必要的。
　　本文研究了生产线批量生产刀具破损监控问题，以FANUC数控系统为例，利用数控机床内部传感器获取监控信号研制了批量生产的刀具破损监控系统。在完成系统的研制过程中具体做了如下研究工作:
　　(1)设计实验探究了批量生产主轴功率呈现周期性的特点;探究了主轴功率、进给轴功率与刀具破损的关系，为后面的监控原理奠定了基础。
　　(2)以FANUC-0i-mate-TD数控系统的数控机床为例，研究了数控机床内部传感器信号获取的方法，评估了数控机床内部传感器获取主轴功率信号作为刀具破损监控信号的可行性。
　　(3)运用基于批量生产的自学习监控原理，提出了利用数控代码解析的方法实现按工步分段监控，运用此方法很好的解决了实时信号和学习信号的同步对比问题。
　　(4)选用合理的硬件，结合自学习监控原理和数控代码解析的方法开发了刀具破损监控系统，并通过实验验证了该系统具有较高的报警准确率。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．1．1 课题研究的背景

1．1．2 课题研究的意义

1．2 刀具破损形式

1．2．1 刀具的塑性破损

1．2．2 刀具的脆性破损

1．3 课题研究现状及分析

1．3．1 刀具破损监控研究现状

1．3．2 刀具破损监测系统

1．3．3 刀具破损监控发展趋势

1．4 论文研究的主要内容

1．5 本章小结

2 数控生产线刀具破损监控技术

2．1 FANUC数控系统信号采集技术

2．1．1 FANUC数控系统介绍

2．1．2 FANUC数控系统机床内部传感器的信号采集

2．1．3 信号采集数控机床端配置

2．1．4 各类信号的API接口采集函数

2．2 信号的采集测试

2．3 数控代码解析

2．3．1 基于工步分段监控技术

2．3．2 学习数据与实时数据同步对比

2．4 本章小结

3 数控生产线刀具破损批量监控方案

3．1 刀具破损与机床功率关系的实验探究

3．1．1 批量加工主轴功率的周期性

3．1．2 刀具破损与主轴功率的关系

3．1．3 刀具破损与进给轴功率的关系

3．2 刀具破损监控原理

3．3 刀具破损监控系统方案设计

3．3．1 监控系统的技术要求

3．3．2 刀具破损监控自学习方法

3．3．3 监控系统和数控机床连接

3．4 监控系统功能模块

3．4．1 信号采集模块

3．4．2 学习模块

3．4．3 实时监控模块

3．4．4 系统预警模块

3．5 学习信号消噪处理

3．6 本章小结

4 刀具破损监控系统开发

4．1 监控系统总体结构

4．2 监控系统设计流程

4．3 监控系统硬件选择

4．3．1 工控机选用

4．3．2 系统终端选用

4．4 系统开发环境

4．5 监控系统用例分析

4．5．1 开发用例分析

4．5．2 监控系统用例时序图

4．6 监控系统数据库设计

4．6．1 系统数据库需求分析

4．6．2 系统数据库物理结构设计

4．7 系统关键功能设计

4．8 监控系统主要界面设计

4．9 监控系统操作流程

4．10 本章小结

5 刀具破损监控系统验证

5．1 监控系统监控效果的试验验证

5．1．1 试验条件

5．1．2 实验步骤

5．1．3 试验结果及分析

5．1．4 监控系统关键参数的设定

5．2 监控系统报警可能原因

5．3 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢