本實用新型涉及一種機床振動監測技術，具體地說是一種基于LabView與單片機的機床振動監測系統。
背景技術：
：機床加工振動是影響工件表面質量的一個重要因素，數控機床在加工過程中，刀具與工件接觸面隨主軸轉動對機床產生振動激勵，又由于機床裝配、工件裝卡以及加工工藝等因素使得振動預測難以實現，當加工程序編制完成并運行之后，加工過程中加工參數便已固定，因此機床對加工過程中的突發情況，如撞刀、振動加劇等情況無法做出應對。專利號為CN201420471749.X的一種機床振動在線監控系統是通過機床數控系統對主軸進行監測控制，需要數控系統對其開放相應權限，且功能單一，僅能實現報警功能。專利號為CN201320505108.7的一種機床的振動傳感監測裝置以及專利號為CN201120096755.8的一種機床運行監測系統僅能采集振動信號，不能使機床自動做出反應。技術實現要素：針對現有技術中機床對加工過程中因振動產生的突發情況無法做出應對等不足，本實用新型要解決的問題是提供一種具有振動抑制功能、實現回路控制的LabView與單片機的機床振動監測系統。為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是：本實用新型一種基于LabView與單片機的機床振動監測系統，具有數據采集單元、PC上位機程序單元以及單片機邏輯控制單元，其中：數據采集單元采集機床振動數據傳入PC上位機程序單元；PC上位機程序單元對機床振動數據進行分析計算，輸出控制指令至單片機邏輯控制單元；單片機邏輯控制單元對控制指令進行邏輯處理后向機床PLC發送主軸轉速倍率變動、進給倍率變動以及急停處理信號。所述數據采集單元包含TEDS加速度傳感器以及數據采集卡，其中TEDS傳感器置于機床主軸振動數據采集點，通過信號線與數據采集卡相連，數據采集卡通過USB連接線與PC上位機程序單元相連。所述單片機邏輯控制單元包含單片機以及繼電器模組，其中單片機通過信號線與PC上位機程序單元相連，繼電器模組輸入端通過信號線與單片機相連，輸出端通過信號線與機床PLC相連。本實用新型具有以下有益效果及優點：1.本實用新型機床振動監測系統采用NI-USB4431數據采集卡及智能TEDS加速度傳感器，可以方便的進行機床切削振動數據采集、分析以及報告生成，可以替代價格昂貴的振動分析儀，并且具備體積小、攜帶方便等優點，并且可以根據公司需求進行程序調整，高效與CNAS檢測標準銜接。2.本實用新型采用的PC與機床通信使用單片機最小系統以及繼電器模組，僅需要進行簡單連線，并修改極小部分PLC程序，即可實現對機床主軸及進給的動態控制，不需要機床數控系統的額外授權，甚至可以在各種低端數控機床上實現，具有操作簡單明了、通用性強以及價格低廉等優點，解決了長久以來機床性能研究僅能測試不能動態操控的短板，可以提高研究成果向生產的轉化速度。3.本實用新型基于模糊數學模型，可以實時監測機床加工振動數據，根據自定義模糊規則在一定范圍內動態調整機床加工參數，優化加工參數，減小機床加工振動，借以達到提高加工表面質量的目的，同時該系統實現方式為自定義模糊規則，因此天然提供了自學習功能擴展，為后續的智能加工研究提供了接口。4.本實用新型采用單片機技術，可以很方便的擴展為芯片級集成，使監測系統脫離計算機的限制，方便的集成到機床數控系統中，使得系統提供的撞刀保護功能能夠以較低的價格在幾乎所有的高端到低端數控機床上實現，提升機床的技術含量，而振動抑制功能則可以采用中高端芯片，在更新為集成芯片程序后，擴展到中高端機床上。附圖說明圖1為本實用新型組成及數據流動方向示意圖；圖2為本實用新型中PC上位機程序單元組成框圖；圖3為本實用新型中數據采集單元組成框圖；圖4為本實用新型中單片機邏輯控制單元組成框圖；圖5為本實用新型中機床加工振動信號采集過程及數據流向示意圖；圖6為本實用新型中機床加工撞刀保護過程及數據流向示意圖；圖7為本實用新型中機床動態智能加工過程及數據流向示意。其中，1為機床，2為TEDS加速度傳感器，3為數據采集卡，4為單片機，5為繼電器模塊。具體實施方式下面結合說明書附圖對本實用新型作進一步闡述。如圖1所示，本實用新型一種基于LabView與單片機的機床振動監測系統，具有數據采集單元、PC上位機程序單元以及單片機邏輯控制單元，其中：數據采集單元采集機床1的振動數據傳入PC上位機程序單元；PC上位機程序單元對機床振動數據進行分析計算，輸出控制指令至單片機邏輯控制單元；單片機邏輯控制單元對控制指令進行邏輯處理后向機床PLC發送主軸轉速倍率變動、進給倍率變動以及急停處理信號，機床PLC程序將該信號寫入機床系統運行指定內存。如圖2所示，所述PC上位機程序單元包括TEDS傳感器自動檢測模塊、信號顯示模塊、數據庫模塊、信號閾值比較模塊、信號規律分析模塊、串口通信模塊、系統設置模塊以及模擬測試模塊；其中，系統設置模塊提供PC機上位程序單元閾值設置、串口參數設置、傳感器參數設置以及數據庫管理設置功能；模擬測試模塊提供手動調試PC上位機程序單元控制機床啟停功能、主軸轉速倍率控制、進給倍率控制功能。如圖3所示，所述數據采集單元包含TEDS加速度傳感器以及數據采集卡，其中TEDS傳感器置于機床主軸振動數據采集點，通過信號線與數據采集卡相連，數據采集卡通過USB連接線與PC上位機程序單元相連。如圖4所示，所述單片機邏輯控制單元包含單片機以及繼電器模組，其中單片機通過信號線與PC上位機程序單元相連，繼電器模組輸入端通過信號線與單片機相連，輸出端通過信號線與機床PLC相連；單片機中運行單片機邏輯控制程序。本實用新型基于LabView與單片機的機床振動監測系統通過以下方法實現其控制過程：數據采集單元采集機床振動數據傳入PC上位機程序單元；PC上位機程序單元接收數據采集單元采集的機床振動數據，對機床振動數據進行分析計算，輸出控制指令至單片機邏輯控制單元；單片機邏輯控制單元對控制指令進行邏輯處理后向機床PLC發送主軸轉速倍率變動、進給倍率變動以及急停處理信號，機床PLC程序將該信號寫入機床系統運行指定內存；機床系統在加工過程中實時調整主軸轉速、進給速度變化或者使機床進行急停動作(與撞刀保護相關)。如圖5所示，本實用新型通過TEDS加速度傳感器采集機床振動數據傳入數據采集卡，數據采集卡轉換為PC機可識別信號，通過基于LabView編制的上位機程序系統分析計算，使用串口發出控制指令，由單片機對控制指令進行邏輯處理并經由繼電器模組向機床PLC發送主軸轉速倍率變動、進給倍率變動以及急停處理信號，機床PLC程序將該信號寫入機床系統運行指定內存，從而在加工過程中實時調整主軸轉速、進給速度變化或者使機床進行急停動作。PC上位機程序單元接收數據采集單元采集的機床振動數據，對機床振動數據進行計算、分析包括：建立檢測通道，PC上位機程序單元通過其內部TEDS傳感器自動檢測模塊檢測數據采集單元中TEDS加速度傳感器，讀取TEDS加速度傳感器參數，并由信號顯示模塊進行顯示。由數據庫模塊進行數據記錄，通過信號閾值比較模塊進行閾值比較、信號規律分析模塊進行分析，所得結果經由串口通信模塊傳送至單片機邏輯控制單元。本實施例中，信號規律分析模塊進行分析的步驟為：基于一線加工數據進行整合，將加工過程的振動特征數據錄入數據庫，將振動特征量與加工表面質量進行對應關系分析，形成模糊控制邏輯，按不同機床類型與工藝，形成模糊控制標準，并設定各環節的閾值；依托實際加工測試與現場操作人員的經驗，根據機床類型和加工工序特征對加工零件的材質設定對應的準則，控制準則依從迭代更新的原則，確保控制準則的準確性；信號規律分析模塊檢測TEDS加速度傳感器采集到的數據，當信號規律發生變動后，信號規律分析模塊根據上述控制準則確定機床的控制方法，并根據預設規則生成控制指令發送給單片機。本實施采用的控制指令格式為：01230x7E命令字數據值0x7F控制指令包含起始標識、命令字、數據值和結束標識四部分，其中起始標識表示一個新控制指令的開始，規定固定值為0x7E；命令字說明控制指令的用途，包括調整主軸轉速、調整進給軸轉速和控制急停三種命令，分別對應0x01，0x02和0x03；數據值為設置主軸轉速或進給軸轉速的百分比，范圍為0x00～0x78，對應加工程序設定轉速的0％到120％；結束標志表示控制指令結束，規定固定值為0x7F。例如調整主軸轉速到最大轉速的80％，則發送控制指令為0x7E01507F。信號規律分析模塊檢測TEDS加速度傳感器采集到的數據，當信號規律發生變動后，信號規律分析模塊根據預設規則向單片機發送指令。單片機邏輯控制單元對控制指令進行邏輯處理為：信號規律分析模塊將輸出控制指令通過串口通信發送至單片機邏輯控制單元；單片機邏輯控制單元完整的接收數據并根據預設規則對控制指令進行解析，分析出命令字和數據值。如果命令字為0x03，即控制急停命令，則單片機立即通過一個繼電器模塊向數控系統PLC發出急停控制信號，PLC接收到急停信號后立即執行機床急停命令；如果命令字為0x01或0x02，即調整主軸轉速或調整進給軸轉速命令，則首先將數據值轉換成數控系統中轉速倍率對應的8位的格雷碼，然后將格雷碼的每一位的值輸出到一個繼電器模塊；當命令字為0x01，即調整主軸轉速時，轉速倍率格雷碼通過一個8位的繼電器模組發送到機床PLC中；當命令字為0x02，即調整進給軸轉速時，轉速倍率格雷碼通過另一個8位的繼電器模組發送到機床PLC中；機床PLC再將相應的倍率格雷碼發送給數控系統中的指定內存，數控系統執行相應的修改倍率指令，從而達到控制主軸或進給軸轉速的目的。本實用新型可實現機床加工振動信號的采集、機床加工撞刀保護以及機床動態智能加工，其中數據采集單元的數據采集過程如圖5所示，使用到的單元包括數據采集單元、PC上位機程序單元中的TEDS傳感器自動檢測模塊、信號顯示模塊和數據庫模塊，TEDS加速度傳感器2置于機床主軸振動數據采集點，使用數據線連接于數據采集卡3，數據采集卡3通過USB數據線連接PC上位機程序系統模塊。PC上位機程序單元自動檢測TEDS加速度傳感器2的參數，并將TEDS加速度傳感器2采集到的機床振動加速度數據寫入數據庫模塊中。機床加工撞刀保護如圖6所示，使用到的模塊包括數據采集單元、單片機邏輯控制單元以及PC上位機程序系統模塊中的TEDS傳感器自動檢測模塊、信號顯示模塊和信號閾值比較模塊，TEDS加速度傳感器2置于機床主軸振動數據采集點，使用數據線連接于數據采集單元中數據采集卡3，數據采集卡3通過USB數據線連接PC上位機程序單元，PC上位機程序單元經由RS232串口數據線連接到單片機邏輯控制單元中的單片機4，單片機4與繼電器模組連接，繼電器模組與機床PLC輸入點連接。在PC上位機程序單元中，通過系統設置模塊設置加速度閾值，TEDS加速度傳感器采集到的數據通過處理后傳入信號閾值比較模塊，當超過設定閾值后，PC上位機程序模塊向單片機發送指令，單片機邏輯控制單元分析指令后通過繼電器模組向機床PLC發送停機指令。機床動態智能加工如圖7所示，使用到的模塊包括：數據采集單元、單片機邏輯控制單元以及PC上位機程序單元中的TEDS傳感器自動檢測模塊、信號顯示模塊、信號規律分析模塊3，TEDS加速度傳感器2置于機床主軸振動數據采集點，使用數據線連接于數據采集卡3，數據采集卡通過USB數據線連接PC上位機程序單元，PC上位機程序單元經由RS232串口數據線連接到單片機4中，單片機4與繼電器模組連接，繼電器模組與機床PLC輸入點連接。TEDS加速度傳感器2采集到的數據通過處理后傳入信號規律分析模塊，當信號規律發生變動后，信號規律分析模塊根據預設規則向單片機4發送指令，單片機邏輯控制單元分析指令后通過繼電器模組向機床PLC發送主軸轉速倍率編碼與進給倍率編碼，機床PLC程序將收到的編碼信號寫入內存指定地址，改變機床主軸轉速或進給速度。本實用新型采用NI-USB4431數據采集卡及智能的TEDS加速度傳感器，可以方便的進行機床切削振動數據采集、分析以及報告生成，可以替代價格昂貴的振動分析儀，并且具備體積小、攜帶方便等優點，并且可以根據現場需求進行程序調整，高效地與CNAS檢測標準銜接。本實用新型基于模糊數學模型，可以實時監測機床加工振動數據，根據自定義模糊規則在一定范圍內動態調整機床加工參數，優化加工參數，減小機床加工振動，借以達到提高加工表面質量的目的，同時該系統實現方式為自定義模糊規則，因此天然提供了自學習功能擴展，為后續的智能加工研究提供了接口。本實用新型采用了單片機技術，可以很方便的擴展為芯片級集成，使監測系統脫離計算機的限制，方便的集成到機床數控系統中，因此使得系統提供的撞刀保護功能能夠以較低的價格在幾乎所有的高端到低端數控機床上實現，提升機床的技術含量，而振動抑制功能則可以采用中高端芯片，在更新為集成芯片程序后，擴展到中高端機床上。當前第1頁1 2 3