YZC3振动压路机振动轮设计（全套含CAD图纸）
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1 基于微机的在线循环检测系统研究 哈尔滨工业大学 刘晓胜 周爽 王 浩宇 马玉林 摘要 在一个简短评论 普通 检测 系统的方法之后 , 这篇论文 描 述了一种计算机和数控加工中心之间通讯的方法。基于这些，这篇论文着 重说明在线循环测量为加工精度的方法， 提供一种改进机械加工工序的方法以达到按照加工过程来随即控制改变参数，并且探讨执行进程中相应的误差补偿给在线循环检测的技术。实验的结果显示这种构架设计是成功的，操作是可行的。今天这种系统非常流行。 关键 词 : 检测 检测器 补偿 在线循环检测 在线 质量控制 加工过程 1、引言 在许多先进的加工系统中，加工过程的在线质量控制被认为是必要的，例如，柔性加工系统（ 计算机综合加工系统（ 敏捷加工系统（ 等。并且在不久的将来这些都将依赖整体加工系统的技术基础 。为了能进行在线质量控制，在过去的几十年里人们为机械加工过程发明 了许多检测系统和进行了一些补偿的设计，其中一些达到了工业产品的要求。当然， 一些仅仅是在实验室中得到的，很少能实现 坐标误差补偿。 像一些新的先进的技术的出现，比如网络技术，模糊控制，混乱理论，微波理论等等，一些新型的检测系统蕴 含了那些在实际加工过程中发展和表现作用较好的技术，这些系统通常是由探测子系统，检测子系统和错误诊断子系统组成。在这篇论文中，由探测子系统，检测系统，诊断系统，补偿系统所完整构成的框架在磨削 /钻床加工中心中引导程序，我们称之为基于微机的智能检测补偿系统（ ,并且其中详细的工具都已给出。正像这个系统的一部分，在线循环检测子系统是极其重要的子系统，并且基于高精度测头和线性光栅传感器的在线循环检测子系统是在现在技术条件下对加工过程一种行之有效的方法。在这篇论文中，我们着重描述在线循环检测装置对质量控制 的作用。首先，给出检测计算机和加工中心之间的一种通讯方式，这是以后工作的硬件基础。在这些基础之上，我们着重注意实施坐标误差补偿的特定作用和改进随即控制参数的操作条件，比如主轴转速（切削速度），进给速度和切削深度，这些都与刀具磨损有密切关系以及对零件表面质量和坐标精度都有很大的影响。这些系统的基本框架如图 1 所示。 2 图 1 镗铣加工中心的在线质量控制系统原理图 2、 微 机与加工中心的通讯 随着软硬件技术的快速发展，微机在各种工业生产中得到广泛应用。在 柔性加工系统（ 计算 机综合加工系统（ 敏捷加工系统（ 或类 似的系统中，计算机之间的通讯是最基础的，通讯技术相对成熟。然而 计算机与加工中心 (或数控机床 )的通讯却并不容易， 因为绝大部分加工中心并不是为网络通讯而设计的。尽管大部分加工中心都有一个与计算机数字控制器 (连的串行 口 (但此接 口 只能用于传输加工程序代码，绝大多数情况下不能传输控制指令。因此，为实现计算机与加工中心通讯，必须开发专用的通讯接 口 单元。我们的实验是在 0L 加工中心上完成的，其原理如图 2 所示。针对这台加工中心开发的专用通讯接 口 单元 (以下两部分组成。 图 2 计算机与加工中心的并行和串行通讯 高性能、多功能数据采集卡 (研华， ， 100 A/ D 转换频率，16 路单端输入或 8 路差分输入， 32 通道 数字 输入输出 ):它主 要用来 收集加工中心在整个加工过程中的传感器信号， 传输 32 位数字 输入 /输出信号，并能接收触发测头的中断信号。 专用通讯接口单元 :这是我们自己开发的通讯接口单元，它能实现诸 如信号隔离、信号传递、信号变换等 功能 。 3 微机通过专用通讯接口单元和加工中心的串行口 ( C)，可以实现如下功能 : 仿真加工中心控制台 ； 加载工件加工程序 ； 启动和停止加工中心运行 ； 动态设置加工控制参数 ； 驱动测头运行，实现循环检测 ； 驱动刀具切削实施坐标误差补偿。 一般地，基于加工中心控制台的控制码是可以转换成计算机能 识别的码，同时可以仿效机械操作台，并且程序可以控制加工步骤。尽管机床一般不能让计算机的 专用通讯接口单元所彻底控制，但是其中绝大多数重要的操作均是由计算机管理的。 3、 在线循环 测量 和补偿 系统 测量是产品加工过程中质量控制的关键一环。 虽然在自动系统中，许多方法均达到了在线或随时检测，但是一些缺陷通常在这些系统中存在。例如，在应用有一个触头触发的坐标测量仪探测坐标检查中限制了部分部件要用硬质材料制成，比如钢，然而在在线检测是很难令人满意的，因为检测部件必须固定在加工刀具上。间接测量法意味着基于综合激光或者负载连接装置，这在实际的加工条件下，通常是不适应的和困难的。虽然先进的加工中心都装备了接触性测量系统，但是这在连接计算机的加工中心中不容易把刀具转换成零件的长度信息。 动测 头或刀具运行 为了能使计算机去管理驱动测头或刀具运行，我们设计出一个专门通讯接口卡（ ,其基础是执行在线循环检测和随时随即补偿坐标误差，它包括以下几个方面： 为测头或刀具选择改变 x/y/z 坐标。 驱动测头或刀具以先前设定的坐标系的方向快速移动。 驱动测头或刀具在先前设定的坐标系方向上以最小的脉冲信号缓慢进给。 获得 到换向信号后，改变测头运行的方向，并且在相反的方向上运行一小段距离，以防止测头远离检测部件而损坏。 改变主轴转速以提高加工条件。 改变进给速度以达到上步骤的效果。 专门通讯接口卡的硬件结 构如图 3 所示。 4 图 3 专门通讯接口卡的硬件结构 长度检测 基于 循环测量 (指当工件装夹于工作台上 ，数控机床在完成某项加工工序后，自动进行相关尺寸测量，并将测量结果反馈给控制器 。 这种自动测量 包括自动工件安装定位，刀具安装和刀具状态监控。 基于微机的循环测量系统 (由以下 几 个部分组成 ： a 接触测头传感器 :当它与工件接触时，发出一开关信号 ； b X/ Y 方向直线位移光栅传感器及相关一次仪表 ( ， 中国科学院制 ):用于记录 X/ Y 方向坐标值，并以 形式传递给计算机 ； c 光栅传感器并行接 口 (研华， 32 路 接 口 板 )： 用于将来自光栅的尺寸信息传输给控制计算机 ； d 专用通讯接 口 (自动设计与开发 )： 根据控制计算机的指令，驱动测头运动，完成计算机与加工中心之 间 的信号传递 ； e 微机及相关测量用软件 :用来模拟加工中心控制台并控制加工中心运行。它是基下微机的智能检测监控系统的核心。整个循环检测系统的结构原理如 图 4 所示。 5 图 4 数控机床上的循环测量和补偿系统 从图 4 我们可以很容易看出， 当测头移动过程中遇到工件时，测头就会发出一个触发信号给测头接 口 电路，该电路通过 从触发器滤掉机械抖动噪声信号，并将信号传递给专用通讯接 口 卡 (通过该接 口 ，计算机收到测头触发信号，并立即从光栅传感器接 口 读取此刻坐标 (产品尺寸 )信息。同时，专用通讯接口 卡自动驱动测头反向运动一微小距离，使测头与工件分离，避免移动测头时划伤测头。在驱动测头移动时，通过该卡，计算机可以指定测头运动路径，并能根据测头当前位置和工件位置 之 间 的距离动态确定测头移动速度。因此通过该系统，可以实现产品的两坐标尺寸自动测量、公差偏离检查、精加工进给量的决定等。 3. 3 长度补偿 在当前的技术条件下，实施随时随即的长度误差补偿是很困难的，是因为运行中 的 数控机床是很难准确检测到长度误差和更改加工程序的。 当发现长度误差超出了在线循环检测菜单所规定的限度， 我们必须决定是否去除。如果先前去除的材料太大，长度误差不能被任何操作所补偿，因此我们只能抛弃这个零件以减少浪费的时间。假如不是这种情况，系统会依据检测的结果和零件的几何形状，自动地建立加工参数和生成长度误差补偿程序。之后，系统重新执行补偿程序。当我们仿制合适的夹具，并且评定夹具的可行性，则对夹具的即时补偿也会得到合适的补偿。当然，补偿的方式仅仅是在某些程序起作用。 4、 在线检测系统 加工过程中 ，总体加工过程中的每一步都有许多因素影响零件的最终质量。在进行无数次的产品质量的实验研究之后，我们发现刀具磨损，噪音 和工件温度对零件的表面粗糙度和长度误差有很大的影响。因此，继续深入评估刀具磨损，鉴定噪音和检测工具温度是一项重要的大工程。在线检测系统如图 5 所示。它们是建立在长度误差补偿和改变控制参数的基础之上。 6 图 5 数控加工中心的在线检测系统 重信号的综合 一方面，电流传感器可以很容易地挑选出主轴驱动电流信号和进给驱动电流信号。通常这些信号都与刀具磨损和工件振动有联系，并且被振动传感器挑选的振动信号也包含刀具磨损和噪音。使用这两种不同的信号评定刀具磨损和噪音的错误率就会很快的减少。因此，在我们的实验 系统中，我们使用三个电流传感器（一个用作主轴驱动电流，另外两个用作 x 轴与 y 轴的进给驱动电流）和两个振动传感器（ 工件的 x 轴与 y 轴方向 ）。另一方面，很高的切削 速度产生的热变形有时使工件在一定程度上变成有缺陷的零件。为了保持稳定的进程条件和调整加工过程的参数，我们检测整个过程中加工中心油箱内油温的变化。将所有的三个信号是被成功地转换到过滤器、放大器、 A/D 转换器和计算机 ， 并且微波转换从传感器的信号中获得这些信号，这些都建立在实际的进程之上。在另一篇论文中我们详细介绍这些软件。 音控制 噪音在表面粗糙度和 工件的长度精度方面有很大的作用，并且在一些极端情况，它可能导致破坏刀具和工件。传统的噪音控制进程包括以下步骤： （ 1） 检测噪音之后立即停止进给和主轴转动。 （ 2） 改变进程参数以促进带来有利的运转情况。 当人工智能诊 断系统在我们的实验系统中检测到一个不可描述的噪音存在在加工进程中 ，系统通过专门通讯接口卡立即结束了这个异常的切削进程，这就意味着原来的主轴转速是不可改变的。之后，人工智能诊断系统重新设置了新的进程控制参数（切削速度、进给量、切削深度），依据进给的动力学模型经过计算后，优化运转情况。 5、 结束语 7 这主要是一个复杂的实验系统。我们进行研究，并且在 1996 年早期建立了初步的框架，我们充分查看了 系统的结构和功能之后，为检测建立了基础硬件系统。之后，我们集中力量研究进程控制和误差补偿。接着我们进 行了刀具磨损和噪音的模拟，并且确立了人工智能诊断系统的结构。尽管我们已经开发了 在线质量控制系统的框架，我们在人工智能诊断系统方面的研究刚刚开始，而且我们还有很多工作要做，然而我们没有足够的经济实力。我们希望通过我们的研究，在不久的将来新的理论和技术能够成熟，能在实际的工业生产中应用。 参考文献 1 T S， ， R T. 1997， 4(13):95 2E， F. by 1997， (13):27 3 L， Y X， J 测系统，智能机械加工期刊， 1997，（ 8）： 271 4 B， Q， . 1995， (6):53 5 P， K， 1996， (26):95 6 J L, W A. 1996， (29):159 7 L， 计算机化组件监控系统对软质材料零件的空间检测，中国高等机械加工期刊 ， 1995，（ 10）
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