自动化制造系统加工过程中检测与监控系统

一、检测与监控原理 在自动化制造系统的加工过程中，为了保证加工质量和系统的正常运行，需要对系统运行状态和加工过程进行检测与监控（如图1所示）。 图1 检测与监控系统的组成 1. 运行状态检测与监控 自动化制造系统中，需要检测与监控的运行状态通常包括： （1）刀具信息。 （2）机床状态信息。 （3）系统运行状态信息。 （4）在线尺寸测量信息。 （5）系统安全情况信息。 （6）仿真信息。仿真信息包括以下内容：零件的数控程序是否准确；有无碰撞干涉情况；仿真综合结果情况等。 2.工件尺寸精度检测方法 （1）直接测量与间接测量；（2）接触测量和非接触测量；（3）在线测量和离线测量。 3.刀具磨损和破损的检测方法 （1）刀具、工件尺寸及相对距离测定法；（2）放射线法；（3）电阻法；（4）光学图像法；（5）切削力法；（6）切削温度法；（7）切削功率法；（8）振动法；（9）噪声分析法；（10）加工表面粗糙度法。 二、检测与监控应用举例 例1 加工中心（MC）需检测的运行状态信息。 MC需检测的运行状态信息如下： （1）环境参数及安全检测。 （2）刀库状态检测。 （3）机床负载检测。 （4）换刀机构检测。 （5）交换工作台检测。 （6）工作台振动检测。 （7）冷却与润滑系统检测。 （8）CNC/PC系统检测。 图2所示为根据切削力的变化判别刀具磨损和破损的系统原理图。 图2 用切削力检测刀具状态原理图 三、检测设备 1.坐标测量机（CMM） 坐标测量机（CoordinateMeasuringMachine）又叫做三坐标测量机，是一种检测工件尺寸误差、形位误差以及复杂轮廓形状的自动化制造系统的基本测量设备。 图4声发射钻头破损检测装置系统图 （1）坐标测量机结构的特点。CMM和数控机床一样，其结构布局有立式和卧式两类，立式CMM有时是龙门式结构，卧式CMM有时是悬臂式结构。两种结构形式的CMM都有不同的尺寸规格，从小型台式到大型落地式。图5是一悬臂式CMM，由安放工件的工作台、立柱、三维测量头、位置伺服驱动系统、计算机控制装置等组成。 （2）坐标测量机的工作原理。 图5 悬臂式坐标测量机 2.利用数控机床进行测量 在数控机床上进行测量有如下特点：不需要昂贵的CMM，但会损失机床的切削加工时间；可以针对尺寸偏差自动进行机床及刀具补偿，加工精度高；不需要工件来回运输和等待。 3.测量机器人 随着工业机器人的发展，机器人在测量中的应用也越来越受到重视。机器人测量具有在线、灵活、高效等特点，可以实现对零件100％的测量,因此特别适合于自动化制造系统中的工序间测量和过程测量。同坐标测量机相比，机器人测量造价低，使用灵活。 4.专用的主动测量装置 在大规模生产条件下，常将专用的自动检测装置安装在机床上，不必停机就可以在加工过程中自动检测工件尺寸的变化，并能根据测得的结果发出相应的信号，控制机床的加工过程（如变换切削用量、刀具补偿、停止进给、退刀和停机等）。例如,图6所示为磨床上工件外径自动测量及反馈控制装置的原理图。 图6 磨床上工件外径自动测量原理