數(shù)控機床溫度場在線監(jiān)測及智能預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種監(jiān)控技術(shù)，特別涉及一種數(shù)控機床溫度場在線監(jiān)測及智能預(yù)警系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]高端精密數(shù)控機床不但是工業(yè)現(xiàn)代化技術(shù)基礎(chǔ)，而且還是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支撐工具，其應(yīng)用現(xiàn)代計算機技術(shù)、自動控制、精密檢測、信息技術(shù)和先進制造技術(shù)最新成果，組成了具有高科技含量的高檔“工作母機”。近年來，我國軍工、航天、船舶以及汽車行業(yè)對中高端數(shù)控機床的需求不斷增加，除了數(shù)量以外，對數(shù)控機床的工作可靠性和精度要求也越來越高。然而，由于數(shù)控機床在內(nèi)外熱源綜合影響下存在非定常溫度場，對機床精度而言，在有限空間內(nèi)的溫度梯度變化影響最大，因此監(jiān)測并控制機床溫度的均衡是實現(xiàn)精密加工的目標之一。
[0003]由于數(shù)控機床存在熱力耦合問題，導致機床內(nèi)熱源生熱量及接觸熱阻等關(guān)鍵熱特性參數(shù)為非定值，進而導致機床溫度場有限元計算結(jié)果不準確。現(xiàn)有技術(shù)中，魏東等發(fā)明了一種基于電磁超聲的溫度場非接觸式探測系統(tǒng)(中國專利號CN204359454U)，該系統(tǒng)可以快速準確地獲得物體表面溫度和內(nèi)部非均勻溫度場。付秀麗等發(fā)明了一種非接觸式瞬態(tài)焊接溫度場測量方法(中國專利號CN104614075A)，利用數(shù)值模擬方法消除弧光等對焊接溫度場測量的影響，可較準確的預(yù)測并模擬瞬態(tài)焊接溫度場。徐娟等發(fā)明了一種高鐵軸承穩(wěn)態(tài)溫度場的有限元計算方法(中國專利號CN1308741A)，該方法根據(jù)高鐵軸承的工況以及軸承系統(tǒng)參數(shù)，利用軸承摩擦力矩計算軸承發(fā)熱量，通過有限元模型實現(xiàn)高鐵軸承穩(wěn)態(tài)溫度場的有限元計算。細居智樹等發(fā)明了一種溫度分布檢測裝置及方法(中國專利號CN103542958A)，對熱電堆陣列傳感器間的檢測誤差進行抑制，對空間的溫度分布進行高精度地檢測。高衛(wèi)國等發(fā)明了一種精密機床溫度場主動控制系統(tǒng)及方法(中國專利號CNCN103235613)，能夠主動控制機床熱敏感部位的溫度的變化，實現(xiàn)綜合誤差控制，提高加工精度。
[0004]上述技術(shù)主要采用直接測量或有限元模擬方法進行溫度場的監(jiān)測，這些溫度場監(jiān)測方法無法實現(xiàn)數(shù)控機床整機溫度場的在線監(jiān)測，且未考慮熱特性參數(shù)的動態(tài)特性以及機床可靠性預(yù)警，為實現(xiàn)數(shù)控機床溫度場的在線監(jiān)測及智能預(yù)警，需要開發(fā)一種專門用于數(shù)控機床的溫度場監(jiān)測及預(yù)警系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明是針對數(shù)控機床溫度場監(jiān)測存在的問題，提出了一種數(shù)控機床溫度場在線監(jiān)測及智能預(yù)警系統(tǒng)，不僅可以用來預(yù)報數(shù)控機床在各種切削條件下的動態(tài)溫度場，而且還可以用來實現(xiàn)機床可靠性的智能監(jiān)控。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種數(shù)控機床溫度場在線監(jiān)測及智能預(yù)警系統(tǒng)，包括外部信息采集模塊、熱特性參數(shù)修正模塊、ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言模塊、閾值判定模塊、顯示模塊、通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊，外部信息采集模塊實時采集數(shù)控機床關(guān)鍵測溫點溫度、環(huán)境溫度以及機床運行參數(shù)，采集到的信息經(jīng)通訊模塊輸入到熱特性參數(shù)修正模塊;熱特性參數(shù)修正模塊接收外部信息采集模塊的數(shù)據(jù)并通過修正函數(shù)實時修正機床熱特性參數(shù)，修正后的機床熱特性參數(shù)輸出至ANSY S參數(shù)化設(shè)計語言模塊，ANSY S參數(shù)化設(shè)計語言模塊進行數(shù)控機床溫度場的實時計算，并將計算結(jié)果輸出至閾值判定模塊、顯示模塊及數(shù)據(jù)存儲模塊，閾值判定模塊集成包絡(luò)函數(shù)及庫函數(shù)，接收ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言模塊的計算數(shù)據(jù)并對該數(shù)據(jù)進行閾值判定，根據(jù)判定結(jié)果做出機床可靠性預(yù)警。
[0007]所述熱特性參數(shù)修正模塊集成機床內(nèi)熱源生熱量修正函數(shù)、機床結(jié)合面接觸熱阻修正函數(shù)以及機床表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)修正函數(shù)，接收外部信息采集模塊的數(shù)據(jù)信息并根據(jù)該數(shù)據(jù)對該機床熱特性參數(shù)進行修正處理。
[0008]所述顯示模塊接收ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言模塊的機床溫度場數(shù)據(jù)，并將機床溫度場云圖動態(tài)顯示在LED顯示屏。
[0009]所述數(shù)據(jù)存儲模塊集成ACCESS數(shù)據(jù)庫，接收ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言模塊的機床溫度場數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲于ACCESS數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)控機床溫度場的動態(tài)分析及跟蹤。
[0010]本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明數(shù)控機床溫度場在線監(jiān)測及智能預(yù)警系統(tǒng)，不僅可以實現(xiàn)數(shù)控機床溫度場的在線預(yù)報，溫度場在線監(jiān)測精度達90%以上，而且可以實現(xiàn)數(shù)控機床可靠性的智能判斷及預(yù)警，尤其是對數(shù)控機床主軸軸承的可靠性判斷及預(yù)警，保證數(shù)控機床的可靠性，有助于數(shù)控機床動態(tài)特性的智能監(jiān)控。并且系統(tǒng)操作簡便，集成了機床熱特性參數(shù)實時動態(tài)修正功能、機床溫升狀態(tài)智能預(yù)警功能、離線監(jiān)測功能及截面視圖功能，同時該系統(tǒng)可自動適應(yīng)不同切削條件及各種數(shù)控機床，使用方便，適用于各種數(shù)控機床的溫度場在線監(jiān)測及機床溫升狀態(tài)預(yù)警。
【附圖說明】
[0011]圖1為本發(fā)明數(shù)控機床溫度場在線監(jiān)測及智能預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實施方式】
[0012]如圖1所示數(shù)控機床溫度場在線監(jiān)測及智能預(yù)警系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖，系統(tǒng)由七部分組成:外部信息采集模塊、熱特性參數(shù)修正模塊、APDL模塊(ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言模塊)、閾值判定模塊、顯示模塊、通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊。
[0013]外部信息采集模塊包括溫度傳感器、采集卡，通過溫度傳感器實時采集機床關(guān)鍵測溫點溫度及外部環(huán)境溫度，通過采集卡采集數(shù)控機床運行參數(shù)，該模塊采集的數(shù)據(jù)信息通過通訊模塊送往熱特性參數(shù)修正模塊。
[0014]熱特性參數(shù)修正模塊集成機床內(nèi)熱源生熱量修正函數(shù)、機床結(jié)合面接觸熱阻修正函數(shù)以及機床表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)修正函數(shù)，接收外部信息采集模塊的數(shù)據(jù)信息并根據(jù)該數(shù)據(jù)對該機床熱特性參數(shù)進行修正處理，修正后的數(shù)據(jù)通過內(nèi)部通訊通道送往APDL模塊。
[0015]APDL模塊集成機床有限元模型、機床結(jié)合面特性及APDL命令流，將熱特性參數(shù)修正模塊修正后的機床熱特性參數(shù)施加到有限元模型及機床結(jié)合面，應(yīng)用APDL命令流實時計算機床溫度場，并將計算結(jié)果輸出至閾值判定模塊、顯示模塊及數(shù)據(jù)存儲模塊。
[0016]閾值判定模塊集成包絡(luò)函數(shù)，包絡(luò)函數(shù)根據(jù)APDL模塊計算的機床溫度場數(shù)據(jù)實時判定機床溫升狀態(tài)并做出預(yù)警，特別是對機床主軸軸承等高速旋轉(zhuǎn)部件的可靠性做出預(yù)目O
[0017]顯示模塊接收APDL模塊的機床溫度場數(shù)據(jù)，并將機床溫度場云圖動態(tài)顯示在LED
顯示屏。
[0018]數(shù)據(jù)存儲模塊集成ACCESS數(shù)據(jù)庫，接收APDL模塊的機床溫度場數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲于ACCESS數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)控機床溫度場的動態(tài)分析及跟蹤。
[0019]通訊模塊負責實現(xiàn)計算機與外部信息采集模塊的實時通訊，以獲取機床運行參數(shù)及關(guān)鍵測溫點溫度信息，并將采集到的外部信息實時輸出至機床熱特性參數(shù)修正模塊。
[0020]本發(fā)明所述的數(shù)控機床溫度場在線監(jiān)測及智能預(yù)警系統(tǒng)界面包括:參數(shù)設(shè)置及運行控制、溫度場云圖顯示、關(guān)鍵測溫點溫度曲線、監(jiān)測精度及運行狀態(tài)監(jiān)控五部分。其中參數(shù)設(shè)置及運行控制包括機床材料特性設(shè)置、軸承特性設(shè)置、運行參數(shù)設(shè)置、過程回放、開始、暫停、停止、監(jiān)測周期、外觀設(shè)置、顯示模式等功能;溫度場云圖顯示包括整體溫度場和截面視圖兩部分。
【主權(quán)項】
1.一種數(shù)控機床溫度場在線監(jiān)測及智能預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括外部信息采集模塊、熱特性參數(shù)修正模塊、ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言模塊、閾值判定模塊、顯示模塊、通訊模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊，外部信息采集模塊實時采集數(shù)控機床關(guān)鍵測溫點溫度、環(huán)境溫度以及機床運行參數(shù)，采集到的信息經(jīng)通訊模塊輸入到熱特性參數(shù)修正模塊;熱特性參數(shù)修正模塊接收外部信息采集模塊的數(shù)據(jù)并通過修正函數(shù)實時修正機床熱特性參數(shù)，修正后的機床熱特性參數(shù)輸出至ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言模塊，ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言模塊進行數(shù)控機床溫度場的實時計算，并將計算結(jié)果輸出至閾值判定模塊、顯示模塊及數(shù)據(jù)存儲模塊，閾值判定模塊集成包絡(luò)函數(shù)及庫函數(shù)，接收ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言模塊的計算數(shù)據(jù)并對該數(shù)據(jù)進行閾值判定，根據(jù)判定結(jié)果做出機床可靠性預(yù)警。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)控機床溫度場在線監(jiān)測及智能預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述熱特性參數(shù)修正模塊集成機床內(nèi)熱源生熱量修正函數(shù)、機床結(jié)合面接觸熱阻修正函數(shù)以及機床表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)修正函數(shù)，接收外部信息采集模塊的數(shù)據(jù)信息并根據(jù)該數(shù)據(jù)對該機床熱特性參數(shù)進行修正處理。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)控機床溫度場在線監(jiān)測及智能預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述顯示模塊接收ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言模塊的機床溫度場數(shù)據(jù)，并將機床溫度場云圖動態(tài)顯示在LED顯示屏。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述數(shù)控機床溫度場在線監(jiān)測及智能預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)存儲模塊集成ACCESS數(shù)據(jù)庫，接收ANSYS參數(shù)化設(shè)計語言模塊的機床溫度場數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲于ACCESS數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)控機床溫度場的動態(tài)分析及跟蹤。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種數(shù)控機床溫度場在線監(jiān)測及智能預(yù)警系統(tǒng)，外部信息采集模塊實時采集數(shù)控機床關(guān)鍵測溫點溫度、環(huán)境溫度以及機床運行參數(shù)，采集到的信息經(jīng)通訊模塊輸入到熱特性參數(shù)修正模塊；熱特性參數(shù)修正模塊接收外部信息采集模塊的數(shù)據(jù)并通過修正函數(shù)實時修正機床熱特性參數(shù)，修正后的機床熱特性參數(shù)輸出至APDL模塊，APDL模塊進行數(shù)控機床溫度場的實時計算，并將計算結(jié)果輸出至閾值判定模塊、顯示模塊及數(shù)據(jù)存儲模塊，閾值判定模塊集成包絡(luò)函數(shù)及庫函數(shù)，接收APDL模塊的計算數(shù)據(jù)并對該數(shù)據(jù)進行閾值判定，根據(jù)判定結(jié)果做出機床可靠性預(yù)警。不僅可以用來預(yù)報數(shù)控機床在各種切削條件下的動態(tài)溫度場，而且還可以用來實現(xiàn)機床可靠性的智能監(jiān)控。
【IPC分類】G05B19/4063
【公開號】CN105549533
【申請?zhí)枴緾N201610085676
【發(fā)明人】范開國
【申請人】上海理工大學
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年2月15日