本發明涉及數控機床零件加工保護系統及方法領域，尤其涉及大型數控設備的高值零件加工的保護系統及其方法領域，具體的說，是一種實現大型數控設備高值零件加工的保護方法，及其該方法采用的保護系統。

背景技術：

為實現整體化、復雜化的結構件精密高效加工，多軸聯動、高精密、大型的數控機床開始在企業中大量采用。同時，國內數控裝備車間供電系統不完善，比如：①電網斷電。電網受到雷電等不可控的外部力影響，導致車間突然斷電。②電壓瞬變。包括：電壓跌落，供電電壓在短時間內突然下降到額定電壓的90%，甚至降低到10%；或者電壓瞬間超高，超過380v/220v；或者電壓高低跳變。雖然高端的數控機床針對電網的波動進行了一定的保護措施，設計系統接入電壓范圍較寬，當外部電網電壓波動小或者波動緩慢時，數控系統可以采用自洽系統進行修復，不影響正常加工。但電網斷電或大幅度跳變時，系統沒有很好的保護手段。

數控機床的運動單元在通電時，可以實現高精度的往復運動。但大部門運動單元沒有自鎖結構，當數控系統電網故障時，運動單元會脫離系統程序的控制，在自身重力和慣性的作用下，會出現嚴重的加工事故，例如：①碰撞數控裝備的其他零部件，如行程開關。②銑傷零件。③出現安全事故。

高端數控機床在加工高值結構件時，尤其在加工航空類結構件時，毛坯成本高，交付時間緊，所以對車間電網的穩定性提出了極高的要求。要求：①在電網斷電和電壓瞬時跳變時，數控裝備在5秒內能正常加工，當電網穩定時，可以無縫連接，繼續加工。②當電網斷電和電壓瞬變超過5秒后，啟動保護程序，安全退刀，實現高值結構件和數控裝備的保護。③記錄加工停止時的程序段，避免出現零件二次銑傷問題。在加工航空框類等具有大型、高值、易變型的薄壁、深腔零件時，如果機床斷電回退再重新啟動時，沒有記錄當時加工段，重新執行之前程序，可能碰觸加工后的薄壁層，導致高值零件的二次銑傷。

中國發明專利申請，申請號為201210081457.0，申請公布號cn102608949a公開了一種數控機床斷電自動退刀的控制方法及裝置，主要涉及用數控系統控制機床回退的技術領域，尤其是涉及機床斷電回退和緊急回退的控制方法及裝置。一種數控機床斷電自動退刀的控制方法，包括中斷信號處理、供電、進給伺服電機通過砂輪架回退模塊對進給伺服電機電容模塊進行能量消耗，電容模塊迅速消耗完，即數控機床斷自動電退刀完成的步驟。還提供一種數控機床斷電自動退刀的控制裝置包括斷電檢測信號模塊、可編程邏輯控制器、數控機床控制單元、伺服驅動模塊，伺服驅動模塊驅動進給伺服電機退刀。本發明利用西門子802dsl系統的異步子程序功能來控制實現機床的斷電退刀和緊急退刀的功。

中國發明專利，申請號為201420039413.6，授權公告號cn203696590u公開了一種機床斷電保護裝置，其包括工質源、換向閥和鎖緊體；工質源通過換向閥和換向閥所連接的加壓管線、卸壓管線給鎖緊體輸送做功工質；加壓管線與鎖緊體上做功腔的注入口連接，卸壓管線與鎖緊體上做功腔的排出口連接；鎖緊體套裝在直線運動部件的外圍，在鎖緊體上設有至少兩個做功腔，做功腔內裝有活塞和復位彈簧，做功腔的底部具有往復深孔，往復深孔內裝有與活塞連接的推桿，往復深孔的孔壁上具有至少一個與鎖緊體內壁相通的穿孔，穿孔內穿裝有與推桿鉸接的擺動桿，擺動桿以穿孔為支點在推桿的帶動下上、下擺動，進而松開、鎖緊直線運動部件。它在不影響機床通電后正常運行的前提下，在機床突然斷電后對機床的直線運動部件實現迅速的鎖緊保護。

上述兩個專利均為對高值零件在加工過程中對于突然的機床斷電或者瞬間電壓跌落起到零件的良好保護和不間斷工作的問題進行有效解決。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種實現大型數控設備高值零件加工保護的電壓恢復系統，用于解決現有的數控設備或者機床在加工零件，尤其是高價值零件過程中，由于供電網絡的突然斷電或者電壓突然跌落造成的加工刀具將零件劃傷，刀具斷裂甚至導致零件報廢帶來巨大的損失的問題。同時本發明還提供一種實現大型數控設備高值零件加工的保護方法，用于實現數控設備在工作過程中出現的供電網絡瞬間降壓或者斷電情況依然能夠保證繼續正常加工，并在5秒內檢測供電網絡未及時恢復，自動對刀具進行法向退刀并關機。

本發明通過下述技術方案實現：

一種實現大型數控設備高值零件加工保護的電壓恢復系統，用于保護數控設備在外部電源電壓跳變或斷電時依然能夠不間斷正常工作或者正常退刀關機，其特征在于，所述電壓恢復系統包括用于進行補償供電的超級電容，以及連通所述超級電容并控制所述數控設備的nc程序，所述nc程序包括用于向所述nc程序發送驅動信號的plc邏輯控制器；還包括：

與所述超級電容并聯的外部電源，所述外部電源與數控設備之間連接有相互并聯設置的第一電路和第二電路，所述第一電路上設置有第一空氣開關qf2，用于實現外部電源與數控設備之間的斷開或連接；

所述第二電路包括從外部電源到數控設備之間依次連接的第二空氣開關qf1、電流檢測裝置ta1、第一電壓檢測裝置tu1、整流器scr、第三空氣開關qf3；所述整流器scr并聯有用于實現整流器scr短路的第一繼電器km1；

所述第二空氣開關qf1與電流檢測裝置ta1之間連接有用于濾波的小型電容；所述超級電容設置在所述整流器scr與第三空氣開關qf3之間。

優選地，所述超級電容與所述數控設備之間依次連接有第二電壓檢測裝置tu2、第三繼電器km3、第三空氣開關qf3；所述第三繼電器km3還并聯有第三電路；所述第三電路包括串聯的第二繼電器km2和定值電阻r1、r2、r3，所述定值電阻r1、r2、r3的阻值相等且分別連接動力電的a、b、c三項。

優選地，所述第三繼電器km3與第三空氣開關qf3還并聯設置有用于對nc程序散熱的風扇，所述風扇與第三空氣開關qf3之間還設置有用于開斷所述風扇的第四繼電器km4。

一種采用實現大型數控設備高值零件加工保護的電壓恢復系統的保護方法，包括以下步驟：

s100外網電壓信號檢測：所述第一電壓檢測裝置tu1不間斷的對外部電源的電壓進行實時檢測并與plc邏輯控制器實時通信；

s200當第一電壓檢測裝置tu1檢測的電壓值低于所述plc邏輯控制器預設工作電壓時，所述plc邏輯控制器向所述第三繼電器km3發送控制信號，接通第三繼電器km3的控制電路，閉合第三繼電器km3，超級電容與數控設備電性連接；

s300當外部電源電壓斷電或者電壓瞬變時間大于等于5秒，則中斷nc程序，終止加工，待數控設備停止狀態保持7秒后，數控設備按照退刀程序沿法向退刀；

s400當數控設備完成退刀后，nc程序返回加工程序段，并進給保持；

s500若完成步驟s400后，所述第一電壓檢測裝置tu1依然沒有檢測到外部電源電壓值恢復到工作電壓，則數控設備急停報警；

s600當步驟s500中報警持續時間達到3秒后，plc邏輯控制器斷開第三繼電器km3的電路，使第三繼電器km3斷開供電，超級電容停止工作。

優選地，步驟s300中所述外部電源電壓斷電或者電壓瞬變時間小于5秒，則按照當期加工程序繼續加工。

優選地，步驟s500中所述第一電壓檢測裝置檢測到外部電源電壓恢復到工作電壓后，則數控設備按照當期nc程序加工段繼續加工。

本發明與現有技術相比，具有以下優點及有益效果：

（1）本發明，通過電網斷電或電壓瞬變時數控機床保護策略，并結合超級電容的電壓恢復系統和數控機床的plc和nc程序，在電網故障時，快速啟動備用的超級電容為數控機床供電，并合理的移走刀具，避免了各運動軸在高速移動下突然失電導致的慣性碰撞問題，不僅保護了高值零部件，且對數控機床本身和操作者也都有一定的益處。

（2）本發明，通過記錄加工停止時的程序段，避免現零件二次銑傷問題。在加工航空類具有薄壁、深腔零件時，如果機床斷電回退再重新啟動，可以不用空運行之前加工程序，直接進入正常加工，不會意外碰觸已加工薄壁部分，不會出現高值零部件的二次銑傷問題。

（3）本發明，通過電網斷電或電壓瞬變時數控機床保護策略，保證了短時間內外部電網可以恢復時，機床可以無間斷的進行加工，不用通過人工進行轉換，節省了時間，提高了效率。

（4）本發明，通過避免電網斷電或電壓瞬變時導致的機床碰撞，降低了機床維修的次數；超級電容一次投入后，可以長期使用，通常可以使用8年以上且不會出現銑傷零件的情況，降低了成本。

附圖說明

圖1為本發明所述方法流程圖；

圖2為本發明所述系統電路連接示意圖；

圖3為退刀方向狀態示意圖。

具體實施方式

下面結合本發明的優選實施例對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限于此。

實施例1：

結合附圖2所示，一種實現大型數控設備高值零件加工保護的電壓恢復系統，用于保護數控設備在外部電源電壓跳變或斷電時依然能夠不間斷正常工作或者正常退刀關機，其特征在于，所述電壓恢復系統包括用于進行補償供電的超級電容，以及連通所述超級電容并控制所述數控設備的nc程序，所述nc程序包括用于向所述nc程序發送驅動信號的plc邏輯控制器；還包括：

與所述超級電容并聯的外部電源，所述外部電源與數控設備之間連接有相互并聯設置的第一電路和第二電路，所述第一電路上設置有第一空氣開關qf2，用于實現外部電源與數控設備之間的斷開或連接；

所述第二電路包括從外部電源到數控設備之間依次連接的第二空氣開關qf1、電流檢測裝置ta1、第一電壓檢測裝置tu1、整流器scr、第三空氣開關qf3；所述整流器scr并聯有用于實現整流器scr短路的第一繼電器km1；

所述第二空氣開關qf1與電流檢測裝置ta1之間連接有用于濾波的小型電容；所述超級電容設置在所述整流器scr與第三空氣開關qf3之間。

本實施例中，所述超級電容與所述數控設備之間依次連接有第二電壓檢測裝置tu2、第三繼電器km3、第三空氣開關qf3；所述第三繼電器km3還并聯有第三電路；所述第三電路包括串聯的第二繼電器km2和定值電阻r1、r2、r3，所述定值電阻r1、r2、r3的阻值相等且分別連接動力電的a、b、c三項。所述定值電阻r1、r2、r3是為超級電容提供充電保護的，防止因外部電源的突然供電且電壓不穩的情況會造成對超級電容的充電電流過大而損壞超級電容，值得說明的是所述第二繼電器km2為常閉狀態，當所述數控設備使用的外部電源不會存在瞬變，驟升的情況第三繼電器km3為常閉，若存在驟升的情況，則第三繼電器km3為常開，為了不影響第二繼電器km2和第三繼電器km3的協同工作，則通過對plc邏輯控制器中的邏輯運算程序進行設定，其第二繼電器km2和第三繼電器km3的開閉組合由第一電壓檢測裝置tu1提供電信號驅動值，當第一電壓檢測裝置tu1的檢測值大于預設值時，則第三繼電器km3為斷開，反之則閉合；如此設置既保護了超級電容突然高電壓供電情況下不受損傷，同時也保證了超級電容對數控設備的持續穩定的供電。

本實施例中，所述第三繼電器km3與第三空氣開關qf3還并聯設置有用于對nc程序散熱的風扇，所述風扇與第三空氣開關qf3之間還設置有用于開斷所述風扇的第四繼電器km4。

實施例2：

一種采用實施例1中所述的實現大型數控設備高值零件加工保護的電壓恢復系統的保護方法，進一步結合附圖1、附圖3所示，具體包括以下步驟：

s100外網電壓信號檢測：所述第一電壓檢測裝置tu1不間斷的對外部電源的電壓進行實時檢測并與plc邏輯控制器實時通信；

s200當第一電壓檢測裝置tu1檢測的電壓值低于所述plc邏輯控制器預設工作電壓時，所述plc邏輯控制器向所述第三繼電器km3發送控制信號，接通第三繼電器km3的控制電路，閉合第三繼電器km3，超級電容與數控設備電性連接；

s300當外部電源電壓斷電或者電壓瞬變時間大于等于5秒，則中斷nc程序，終止加工，待數控設備停止狀態保持7秒后，數控設備按照退刀程序沿法向退刀；

s400當數控設備完成退刀后，nc程序返回加工程序段，并進給保持；

s500若完成步驟s400后，所述第一電壓檢測裝置tu1依然沒有檢測到外部電源電壓值恢復到工作電壓，則數控設備急停報警；

s600當步驟s500中報警持續時間達到3秒后，plc邏輯控制器斷開第三繼電器km3的電路，使第三繼電器km3斷開供電，超級電容停止工作。

本實施例中，步驟s300中所述外部電源電壓斷電或者電壓瞬變時間小于5秒，則按照當期加工程序繼續加工。

本實施例中，步驟s500中所述第一電壓檢測裝置檢測到外部電源電壓恢復到工作電壓后，則數控設備按照當期nc程序加工段繼續加工。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明做任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發明的保護范圍之內。