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功率监控在机床中的应用管材生产线

发布时间:2022-08-27 03:00:15

功率监控在机床中的应用

功率监控在机床中的应用 2011年12月10日 来源: 在切削过程中,由于机械摩擦和热效应等作用,刀具会产生磨损,这种磨损少则使刀具的几何形状受到改变,大则使刀具刃口烧坏,甚至崩落。当磨损到一定程度时必须重磨,否则将影响工件的尺寸精度和表面粗糙度,降低产品质量,甚至报废。而对于尚能切削的刀具,若磨刀过于频繁,又使机床生产率降低、刀具材料的消耗加剧、劳动生产率下降,生产成本增加。为此,机床操作工人必须在切削过程中,不断地对刀具的磨损加以监视,及时换刀、磨刀,才能克服上述弊病。这对于一人看管多台自动化机床操作的工人来说,要求是很苛刻的。当前,靠人工监视刀具的磨损已远远不能适应自动化机床及自动化程度日益提高的要求,实现刀具磨损的自动监控是完善机床自动化、实现无人化必不可少的重要部分。国外对此已进行了大量的试验研究,日本、德国、美国、英国、荷兰等国已把刀具磨损的自动监控技术应用于实际生产中。据国外资料介绍,在加工中直接和间接检测刀具磨损的方法多达数十种。近年来,我们对刀具磨损自动监控的功率检测法及主轴轴向力检测法等进行了试验研究,已研制出功率监控保护装置——电脑功率监控器,现已广泛地投入使用。 1 功率监控原理

本功率监控装置是运用电动机的功率检测法原理工作的。即当机床进行切削时,随着刀具的磨损,机床主轴电动机的负荷及其电流,电压与电流间的相位置角将发生变化,导致功率改变。利用这一变化规律可实现对刀具磨损折断的微机动态在线自动监控。当功率改变到一定数值时(即刀具磨损到应重磨的程度),自动检测监控装置发出报警信号,刀架自动退出,机床自动停止运转,操作工人即可及时换刀、磨刀和排除故障。本系统还可通过监控电动机功率来间接监控主轴扭矩的大小,达到定扭矩监控。图1是本装置的电气原理方框图。工作原理如下:

图1 监控装置电气原理图

经过机床主驱动电动机的由电流传感器、电压传感器检出电流、电压信号,经低通滤波器后分别进行波形变换、整形,获得两个可调节的方波脉冲和直流电平信号。两个方波和直流信号送入到单片机的A/D转换器变成数字量信号,经过单片机的CPU进行比较,得到电机的功率值,再与预定的功率阈值进行比较达到自动监控。功率的检测是通过单片机进行动态采样运算,用荧光数码管显示出所检出的功率值。另一路输出控制电路、延时器,报警器、停机控制电路发出刀具磨损报警信号并使机床自动停止运转。对于不同的刀具、工件材料以及切削用量参数,可以靠预定值拨码来加以设定。在自动化机床、自动线上加工一批工件时,往往使用确定的工件材料、刀具和切削用量,所以只要在试切削时调整好上述参数,就能在以后的加工中确保刀具磨损时自动报警和停机。

2 电机功率检测的监控处理

电机功率是通过电流传感器、电压传感器经过单片机检测运算得出电机的输入功率,是各种损耗功率与切削功率之和。PL=Pf+Pc式中 PL——电机输入功率   Pf——各种损耗功率总和   Pc——切削功率、包括切削状态各种信息   Pf=Pi+Pa   Pi——空载损耗功率   Pa——与负载有关的附加损耗功率   Pa=α.Pc   α——损耗功率系数  则PL=Pi+(1+α)Pc通常在刀具钻头磨损中是基于(1+α)×Pc进行处理的。大量试验证明,Pi在切削过程中是缓慢波动的,尤其是机床达到稳定切削状态之前(开机空载预热2h或加载切削40min,机床进入稳定状态),波幅可达±20%,这样计算Pc时Pi必须实时检测。研究表明依赖于动力传递路线和机床润滑状态,也在一定的范围内变化,通常可以对其有限变化略去不计。对功率数据的检测监控是基于净切削功率值时进行的。根据刀具常规磨损曲线可知。如果在刀具的有效寿命内保持恒定的切削参数,那么整个切削过程的净功率值曲线(如图2)与刀具磨损曲线是一致的,如果中途改变切削参数(如图3)就会引起功率信号幅值变化,给磨损监控带来干扰。

图2 净功率值曲线图3 切削参数发生变化的切削过程功率曲线在图3中,A点是切削起始点(以切削参数①开始切削);B点切削参数从①变化到②;C点切削参数从②变化至③。有:

在切削参数不变的情况下,经过一定的时间,当刀具的磨损功率达到预定的功率值时,就可进行检测来判断刀具的是否磨损;如果切削参数改变,则预定的功率值

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