一种深孔钻加工监控系统、方法及其设备与流程

1.本发明涉及深孔钻加工刀具状态智能监控技术领域，尤其涉及一种深孔钻加工监控系统、方法及其设备。


背景技术：

2.在机械加工中，对于孔深度与孔径之比大于6的深孔，一般都采用枪钻方式进行深孔钻加工；模具行业在深孔钻加工时，经常出现钻头崩刃、枪钻弯曲、甚至断裂的现象；目前行业中均为靠操作员经验判断刀具状态，对人员要求素质较高，严重依赖操作员，且不存在大批量复制的可能性；
3.发明专利cn104985223b公开了实现全自动深钻孔的编程，可以极大的减少了编程人员和加工人员的编程工作量，提高了深孔钻加工的加工质量，同时兼顾了加工效率；由于兼顾了效率与质量，可以提高钻头的使用寿命，降低生产成本的一种深孔钻编程的方法及装置；
4.发明专利cn108161569a公开了在刀具即将损坏前采取相应的动作，防止刀具受到损伤，从而达到增加可靠性、降低故障率、方便维护、提高设备使用效率等目的深孔钻的刀具保护装置；
5.上述公开的现有技术虽然解决如何提高钻头使用寿命、加工质量，且防止刀具损伤的问题，但是采用的技术方案较为传统的，如cn104985223b采取“预先选取的孔模型”内置编程，然后调取内置编程进行过孔加工，并不能解决面对盲件或带盲孔的盲件进行加工或过孔加工时，保护刀具和减少断刀风险的问题；如cn108161569a采取判断模块根据选择(分级)模块选通的回路，以“预先设定的参考值”作为比对值，进行判定是否出现异常负荷，plc重新编程实现执行动作，来进行保护刀具；
6.因此我们缺少一种预先设定参考值、非通过人工内置编程的方式解决深孔钻加工过程中实时监控刀具状态的系统、方法及设备；可以在有效保护刀具的前提下，对突发的深孔钻断刀做出报警提示，并控制机床做出加工暂停的动作；对渐变性深孔钻加工的刀具状态进行监控。


技术实现要素：

7.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种深孔钻加工监控系统、方法及其设备。
8.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种深孔钻加工监控系统、方法及其设备，包括数据采集模块，用于对同一工件深孔钻加工时的实时物理量采集；计算模块，接收数据采集模块实时物理量，并根据采集到的某一时间段的实时物理量的数据，计算出多组阈值；比对模块，连接计算模块，用于将采集到的实时物理量，与多组阈值比对，判断是否需要输出控制机床信号。
9.作为本发明的一种优选技术方案：还包括执行模块，所述执行模块接收所述比对
模块的输出控制机床信号，执行对应动作，实时控制机床进给速度。
10.作为本发明的一种优选技术方案：所述多组阈值是指利用正常进给速度的某一时间段的实时物理量计算出多组阈值；所述多组阈值包括第一阈值、第二阈值、第三阈值。
11.作为本发明的一种优选技术方案：所述多组阈值是指利用深孔钻刀具初次接触工件后，进给速度逐步变为正常进给速度的学习时间段的实时物理量，计算出多组阈值。
12.作为本发明的一种优选技术方案：学习时间段后的某一时间段的实时物理量为监控时间段的实时物理量。
13.作为本发明的一种优选技术方案：所述比对模块，利用采集计算的实时物理量与第一阈值比对，如实时物理量高于第一阈值，输出报警信号至执行模块。
14.作为本发明的一种优选技术方案：所述执行模块根据所述报警信号，执行机床进给速度暂停。
15.作为本发明的一种优选技术方案：所述比对模块，利用采集计算的实时物理量与第二阈值比对；如实时物理量高于第二阈值且低于第一阈值，输出降低进给速度信号至执行模块；如低于第二阈值且高于第三阈值，输出恢复进给速度信号至执行模块。
16.作为本发明的一种优选技术方案：所述执行模块根据所述输出降低进给速度信号或输出恢复进给速度信号，执行机床进给速度降低或恢复。
17.作为本发明的一种优选技术方案：所述比对模块，利用采集计算的实时物理量与第三阈值比对；如实时物理量低于第三阈值，输出降低进给速度信号至执行模块；实时物理量高于第三阈值，输出恢复进给速度信号至执行模块。
18.作为本发明的一种优选技术方案：所述执行模块根据所述输出降低进给速度信号，执行控制机床进给速度降低，进行过孔开始；根据所述恢复进给速度信号，待过孔结束再次接触工件逐步恢复进给速度。
19.一种深孔钻加工监控方法,包括以下步骤：
20.s1，对同一工件深孔钻加工时的实时物理量采集；
21.s2，接收采集到的实时物理量，并根据某一时间段的实时物理量的数据，计算出多组阈值；
22.s3，用于采集到的实时物理量，与多组阈值中的第一阈值、第二阈值、第三阈值比对，输出控制机床信号至执行；
23.s4，根据比对后的输出控制机床信号，执行控制进给速度，实时控制机床进给速度。
24.作为本发明的一种优选技术方案：采用如下步骤对所述多组阈值进行计算，是指利用正常进给速度的某一时间段的实时物理量计算出的实时物理量，训练多组阈值。
25.作为本发明的一种优选技术方案：采用如下步骤对所述多组阈值进行训练，是指利用当深孔钻刀具刀刃完全钻入工件且为正常进给速度之后的学习时间段的实时物理量，计算出的实时物理量，训练多组阈值。
26.作为本发明的一种优选技术方案：包括以下步骤,s301，学习时间段后的实时物理量为监控时间段的实时物理量，学习时间段中的第一阈值、第二阈值、第三阈值，分别与监控时间段的实时物理量比对。
27.作为本发明的一种优选技术方案：包括以下步骤,s3011，监控时间段的实时物理
量高于第一阈值，输出报警信号至后级的执行；s4011，根据所述报警信号，执行机床进给速度暂停。
28.作为本发明的一种优选技术方案：包括以下步骤,s3012，监控时间段的实时物理量高于第二阈值且低于第一阈值，输出降低进给速度信号至后级的执行；监控时间段的实时物理量如低于第二阈值且高于第三阈值，输出恢复进给速度信号至后级的执行；s4012，根据所述输出降低进给速度信号或输出恢复进给速度信号，执行机床进给速度降低或恢复。
29.作为本发明的一种优选技术方案：包括以下步骤,s3013，监控时间段的实时物理量低于第三阈值，输出降低进给速度信号至后级的执行；实时物理量高于第三阈值，输出恢复进给速度信号至执行模块；s4013，根据所述输出降低进给速度信号，执行控制机床进给速度降低，进行过孔开始；根据所述恢复进给速度信号，待过孔结束再次接触工件逐步恢复进给速度。
30.一种深孔钻加工监控设备，包括智能终端、机床；所述智能终端采集计算比对加工过程中实时物理量的阈值，输出进给速度和/或报警信号至机床。
31.作为本发明的一种优选技术方案：还包括传感器；所述传感器电连接智能终端，采集实时物理量；所述传感器传输实时物理量至智能终端；所述智能终端计算比对实时物理量的阈值后，输出进给速度和/或报警信号至机床。
32.本发明具有如下有益效果：针对同一工件深孔钻加工时，可以在有效保护刀具，对突发的深孔钻断刀做出报警提示，并控制机床做出加工暂停的动作；对渐变性深孔钻加工的刀具状态进行监控。
附图说明
33.图1为本发明提出的一种机床深孔钻加工过程曲线示意图；
34.图2为本发明提出的一种深孔钻加工监控设备的原理示意图；
35.图3为本发明提出的一种深孔钻加工监控系统的模块原理示意图；
36.图4为本发明提出的一种深孔钻加工监控方法的步骤示意图；
具体实施方式
37.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
39.如图1、图2、图3、图4所示，本发明提供的一种实施例：一种深孔钻加工监控系统：深孔钻刀具初次接触工件，进行切削，进给速度一般低于正常进给速度，当刀具刀刃钻入工件后，进给速度逐渐恢复正常；此时采集某一时间段的实时物理量，计算出多组阈值；这里指出的某一段时间不局限于当深孔钻刀具刀刃完全钻入工件且为正常进给速度之后t1时间段、也可以是深孔钻刀具正常进给速度已经加工过一段时间后的t2时间段；
40.采集t1、t2时间段的实时物理量，其计算方法：通过取实时物理量中大于中位数的值，去掉离群点值，去掉实时物理量过大的点值，得到较好的实时物理量时段范围值，计算出的实时物理量,这里的计算方法可以通过常规算法实现；
41.计算出多组阈值的方法，如第二阈值的计算如下：实时物理量从小到大按顺序排列，共n个数，取q1位置＝1
×
(n+1)/4＝a.b(整数部分为a，小数部分为b)；q1＝(1-b)
×
第a项+b
×
第a+1项；
42.取q3位置＝3
×
(n+1)/4＝c.d(整数部分为c，小数部分为d)，q3＝(1-d)
×
第c项+d
×
第c+1项；
43.得到x＝q1-q3；上限y＝q3+1.5
×
x；最大功率pmax为小于上限y的最大值；
44.从而得到第二阈值p0＝pmax
×
k，k为(1、2、3、4、5、6、7、8、9
……
)；
45.如第一阈值的计算如下：
46.实时物理量从小到大按顺序排列，共n个数，取q1位置＝1
×
(n+1)/4＝a.b(整数部分为a，小数部分为b)；q1＝(1-b)
×
第a项+b
×
第a+1项；
47.取q3位置＝3
×
(n+1)/4＝c.d(整数部分为c，小数部分为d)，q3＝(1-d)
×
第c项+d
×
第c+1项；
48.得到x＝q1-q3；上限y＝q3+1.5
×
x；最大功率pmax为小于上限y的最大值；
49.从而第一阈值py＝pmax
×
k+x，k为(1、2、3、4、5、6、7、8、9
……
)；
50.如第三阈值的计算如下：
51.实时物理量从小到大按顺序排列，共n个数，取q1位置＝1
×
(n+1)/4＝a.b(整数部分为a，小数部分为b)；q1＝(1-b)
×
第a项+b
×
第a+1项；
52.取q3位置＝3
×
(n+1)/4＝c.d(整数部分为c，小数部分为d)，q3＝(1-d)
×
第c项+d
×
第c+1项；
53.得到x＝q1-q3；上限y＝q3+1.5
×
x；最大功率pmax为小于上限y的最大值；
54.从而第三阈值px＝pmax
×
k-x，k为(1、2、3、4、5、6、7、8、9
……
)；
55.采集计算到时间轴t1或t2时间段之后的实时物理量，这里时间轴t1或t2时间段之后为t3时间段,t3时间段是机床深孔钻刀具加工过程中的需要监控的时间段，利用常规算法计算的实时物理量，与多组阈值的第一阈值py、第二阈值p0、第三阈值px比对，判断实时物理量大于和或小于第一阈值py、第二阈值p0、第三阈值px；输出判断的结果，来调整机床深孔钻刀具的进给速度；
56.列举如下比对：
57.实时物理量大于py；输出报警信号；此时执行模块执行机床暂停或机床报警后自动退刀的动作；避免深孔钻刀具弯曲甚至断裂；此时进给速度为0；
58.实时物理量小于py、实时物理量大于p0；输出降低进给速度信号；此时执行模块执行机床降低深孔钻加工的进给速度；来维持实时功率平稳，以达到保护刀具的目的；此时进给速度为正常进给速度的60％；
59.实时物理量小于p0、实时物理量大于px；输出恢复进给速度信号；此时执行模块执行机床提高深孔钻加工的进给速度，恢复到正常进给速度；来维持实时功率平稳，以达到保持机床加工速度、保护刀具的目的；
60.实时物理量小于px；输出降低进给速度信号；此时执行模块执行机床降低深孔钻加工的进给速度；会主动控制机床降低进给速度，直到过孔完成再次接触工件后逐步提升进给速度，恢复到正常进给速度；以达到保护刀具和减少断刀风险的效果；此时过孔结束前进给速度为正常进给速度的40％，过孔结束后进给速度逐步恢复到正常进给速度。
61.如图1所示，实时物理量为实时主轴电机功率、主轴电机扭矩、主轴电机的电流、切削力、切削区域的振动、切削区域的声音或切削区域的温度等。
62.关于前述所述的实时物理量平稳与进给速度的关系，一般通过采集实时物理量，利用常规算法最快地计算出合理的进给速度，并及时调整进给速度，实时物理量小的工况下，增大进给速度；实时物理量大的工况下，减小进给速度，此处不做过多阐述。
63.如图3所示，本发明提供的一种实施例：一种深孔钻加工监控系统，包括数据采集模块，用于对同一工件深孔钻加工时的实时物理量采集；计算模块，接收数据采集模块实时物理量，并根据采集到的某一时间段的实时物理量的数据，计算出多组阈值；比对模块，连接计算模块，用于将采集到的实时物理量，与多组阈值比对，判断是否需要输出控制机床信号；
64.还包括执行模块，所述执行模块接收所述比对模块的输出控制机床信号，执行对应动作，实时控制机床进给速度。
65.优选：所述多组阈值是指利用正常进给速度的某一时间段的实时物理量计算出多组阈值；所述多组阈值包括第一阈值py、第二阈值p0、第三阈值px。
66.优选，所述多组是指利用深孔钻刀具初次接触工件后，当深孔钻刀具刀刃完全钻入工件且为正常进给速度之后的学习时间段的实时物理量，计算出的多组阈值。
67.学习时间段后的某一时间段的实时物理量为监控时间段的实时物理量。
68.所述比对模块，利用采集的实时物理量与第一阈值py比对，如实时物理量高于第一阈值py，输出报警信号至执行模块；
69.所述执行模块根据所述报警信号，执行机床进给速度暂停。
70.所述比对模块，利用采集的实时物理量与第二阈值p0比对；如实时物理量高于第二阈值p0低于第一阈值py，输出降低进给速度信号至执行模块；如低于第二阈值p0高于第三阈值px，输出恢复进给速度信号至执行模块；
71.所述执行模块根据所述输出降低进给速度信号或输出恢复进给速度信号，执行机床进给速度降低或恢复。
72.所述比对模块，利用采集的实时物理量与第三阈值px比对；如实时物理量低于第三阈值px，输出降低进给速度信号至执行模块；实时物理量高于第三阈值px，输出恢复进给速度信号至执行模块；
73.所述执行模块根据所述输出降低进给速度信号，执行控制机床进给速度降低，进
行过孔开始；根据所述恢复进给速度信号，待过孔结束再次接触工件逐步恢复进给速度。
74.如图4所示，一种深孔钻加工监控方法,包括以下步骤：
75.s1，对同一工件深孔钻加工时的实时物理量采集；
76.s2，接收采集到的实时物理量，并根据某一时间段的实时物理量的数据，计算出多组阈值；
77.s3，用于采集到的实时物理量，与多组阈值中的第一阈值py、第二阈值p0、第三阈值px比对，输出控制机床信号至后级的执行；
78.s4，根据比对后的输出控制机床信号，执行控制进给速度，实时控制机床进给速度。
79.采用如下步骤对所述多组阈值进行计算，是指利用正常进给速度的某一时间段的实时物理量计算出多组阈值；
80.优选：采用如下步骤对所述多组阈值进行计算，是指利用当深孔钻刀具刀刃完全钻入工件且为正常进给速度之后的学习时间段的实时物理量，计算出的实时阈值，训练多组阈值。
81.包括以下步骤,s301，学习时间段后的实时物理量为监控时间段的实时物理量，学习时间段中的第一阈值py、第二阈值p0、第三阈值px，分别与监控时间段的实时物理量比对；
82.包括以下步骤,s3011，监控时间段的实时物理量高于第一阈值py，输出报警信号至后级的执行；s4011，根据所述报警信号，执行机床进给速度暂停；
83.包括以下步骤,s3012，监控时间段的实时物理量高于第二阈值p0低于第一阈值py，输出降低进给速度信号至后级的执行；监控时间段的实时物理量如低于第二阈值p0高于第三阈值px，输出恢复进给速度信号至后级的执行；s4012，根据所述输出降低进给速度信号或输出恢复进给速度信号，执行机床进给速度降低或恢复；
84.包括以下步骤,s3013，监控时间段的实时物理量低于第三阈值px，输出降低进给速度信号至后级的执行；实时物理量高于第三阈值px，输出恢复进给速度信号至执行模块；s4013，根据所述输出降低进给速度信号，执行控制机床进给速度降低，进行过孔开始；根据所述恢复进给速度信号，待过孔结束再次接触工件逐步恢复进给速度。
85.如图2所示，一种深孔钻加工监控设备，包括智能终端、机床；所述智能终端采集计算比对加工过程中实时物理量的阈值，输出进给速度和/或报警信号至机床。智能终端包括工业pc、带显示屏的机床控制端等；
86.优选：还包括传感器；所述传感器电连接智能终端，采集实时物理量；所述传感器传输实时物理量至智能终端；所述智能终端计算比对实时物理量的阈值后，输出进给速度和/或报警信号至机床。
87.传感器与实时物理量匹配，可采集实时主轴电机功率、主轴电机扭矩、主轴电机的电流、切削力、切削区域的振动、切削区域的声音或切削区域的温度等。
88.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的
保护范围之内。

技术特征：
1.一种深孔钻加工监控系统，其特征在于：包括：数据采集模块，用于对同一工件深孔钻加工时的实时物理量采集；计算模块，接收数据采集模块实时物理量，并根据采集到的某一时间段的实时物理量的数据，计算出多组阈值；比对模块，连接计算模块，用于将采集到的实时物理量，与多组阈值比对，判断是否需要输出控制机床信号。2.根据权利要求1所述的深孔钻加工监控系统，其特征在于：还包括执行模块，所述执行模块接收所述比对模块的输出控制机床信号，执行对应动作，实时控制机床进给速度。3.根据权利要求1或2所述的深孔钻加工监控系统，其特征在于：所述多组阈值是指利用正常进给速度的某一时间段的实时物理量，计算出多组阈值；所述多组阈值包括第一阈值、第二阈值、第三阈值。4.根据权利要求3所述的深孔钻加工监控系统，其特征在于：所述多组阈值是指利用深孔钻刀具初次接触工件后，当深孔钻刀具刀刃完全钻入工件且为正常进给速度之后的学习时间段的实时物理量，计算出多组阈值。5.根据权利要求4所述的深孔钻加工监控系统，其特征在于：学习时间段后的实时物理量为监控时间段的实时物理量。6.根据权利要求3或4所述的深孔钻加工监控系统，其特征在于：所述比对模块，利用采集计算的实时物理量与第一阈值比对，如实时物理量高于第一阈值，输出报警信号至执行模块。7.根据权利要求6所述的深孔钻加工监控系统，其特征在于：所述执行模块根据所述报警信号，执行机床进给速度暂停。8.根据权利要求3或4所述的深孔钻加工监控系统，其特征在于：所述比对模块，利用采集计算的实时物理量与第二阈值比对；如实时物理量高于第二阈值且低于第一阈值，输出降低进给速度信号至执行模块；如低于第二阈值且高于第三阈值，输出恢复进给速度信号至执行模块。9.根据权利要求8所述的深孔钻加工监控系统，其特征在于：所述执行模块根据所述输出降低进给速度信号或输出恢复进给速度信号，执行机床进给速度降低或恢复。10.根据权利要求3或4所述的深孔钻加工监控系统，其特征在于：所述比对模块，利用采集计算的实时物理量与第三阈值比对；如实时物理量低于第三阈值，输出降低进给速度信号至执行模块；实时物理量高于第三阈值，输出恢复进给速度信号至执行模块。11.根据权利要求10所述的深孔钻加工监控系统，其特征在于：所述执行模块根据所述输出降低进给速度信号，执行控制机床进给速度降低，进行过孔开始；根据所述恢复进给速度信号，待过孔结束再次接触工件逐步恢复进给速度。12.一种深孔钻加工监控方法，其特征在于：包括以下步骤：s1，对同一工件深孔钻加工时的实时物理量采集；s2，接收采集到的实时物理量，并根据某一时间段的实时物理量的数据，计算出多组阈值；s3，用于采集到的实时物理量，与多组阈值中的第一阈值、第二阈值、第三阈值比对，输
出控制机床信号至后级的执行；s4，根据比对后的输出控制机床信号，执行实时控制机床进给速度。13.根据权利要求12所述的深孔钻加工监控方法，其特征在于：采用如下步骤对所述多组阈值进行计算，是指利用正常进给速度的某一时间段的实时物理量，计算出多组阈值。14.根据权利要求13所述的深孔钻加工监控方法，其特征在于：采用如下步骤对所述多组阈值进行计算，是指利用当深孔钻刀具刀刃完全钻入工件且为正常进给速度之后的学习时间段的实时物理量，计算出多组阈值。15.根据权利要求14所述的深孔钻加工监控方法，其特征在于：包括以下步骤,s301，学习时间段后的实时物理量为监控时间段的实时物理量，学习时间段中的第一阈值、第二阈值、第三阈值，分别与监控时间段的实时物理量比对。16.一种深孔钻加工监控设备，其特征在于：包括智能终端；所述智能终端采集计算比对加工过程中实时物理量的阈值，输出进给速度和/或报警信号至机床。17.根据权利要求16所述的深孔钻加工监控设备，其特征在于：还包括传感器；所述传感器电连接智能终端，采集实时物理量；所述传感器传输实时物理量至智能终端；所述智能终端计算比对实时物理量的阈值后，输出进给速度和/或报警信号至机床。

技术总结
本发明公开了一种深孔钻加工监控系统、方法及其设备，包括，数据采集模块，用于对同一工件深孔钻加工时的实时物理量采集；计算模块，接收数据采集模块实时物理量，并根据采集到的某一时间段的实时物理量的数据，计算出多组阈值；比对模块，连接计算模块，用于将采集到的实时物理量，与多组阈值比对，判断是否需要输出控制机床信号。优点在于：针对同一工件深孔钻加工时，可以在有效保护刀具，对突发的深孔钻断刀做出报警提示，并控制机床做出加工暂停的动作；对渐变性深孔钻加工的刀具状态进行监控。控。控。


技术研发人员：郑永豪 刘尚威 毕雪峰 王晋生
受保护的技术使用者：深圳吉兰丁智能科技有限公司
技术研发日：2023.04.02
技术公布日：2023/7/25