[发明专利]刀库及自动换刀装置综合性能检测系统

说明书

技术领域

本发明属于加工中心刀库及自动换刀装置综合性能检测领域，尤其是采用多种传感元件构成刀库静动态性能检测系统，并利用数据采集卡将数据传输到工控机进行分析，编制友好型人机交互。

背景技术

自1958年美国K&T公司首次将刀库及自动换刀装置应用到数控机床以来，加工中心的精度、稳定性、可靠性及柔性等性能都发生了很多的改变。特别是近几年来，随着大型链式刀库及双环布刀圆盘刀库的发展，使刀库容量从原来的40多把提高到了100把以上，刀库结构的改进和重刀识别技术的发展使单刀最大重量也提高了一倍。双弧面凸轮代替传统的液压式传动机构，加上选刀布刀的优化设计技术，使自动换刀装置的换刀时间大幅缩短，目前国际先进的加工中心换刀时间可达到2s内。加工中心最大的优势在于一次装夹可以完成多道工序的加工，加工效率很高，这就要求加工中心有高可靠性和低故障率，所以加工中心的可靠性一直备受制造商的重视，也是先进产品的重要性能指标。目前，国际先进的加工中心的平均故障间隔时间都超过了1000小时。

刀库及自动换刀装置是加工中心区别于普通数控机床的关键功能部件。刀库将加工所需刀具进行储备，自动换刀装置实现刀具的自动装夹、卸载，减少了加工过程的非切屑时间，从而提高了加工效率、降低了生产成本。随着加工技术的不断发展，对加工设备的综合性能提出了更高的要求。刀库的定位精度、运行平稳性、换刀装置的运动精度等是大型刀库及自动换刀装置的重要性能指标，对加工中心整体性能影响很大。为了提高刀库及自动换刀装置的综合性能，就必须了解不同类型刀库定量的性能参数，以便于寻找出影响性能的主要因素。这就要求研发一种较为全面的刀库及自动换刀装置综合性能检测系统。本发明就是为了补充国内外对刀库及自动换刀装置综合性能检测的需求而研发的。

目前，刀库及自动换刀装置的性能检测系统很少，主要表现为现有设备只针对刀库或自动换刀装置的某一种性能进行检测，如北京工业大学的张跃明等人发明的《一种自动换刀机构性能检测平台》，其主要是对弧面凸轮机构自动换刀装置的输入输出参数及动力学参数进行测量，缺乏较为全面的性能检测。另一方面目前对刀库综合性能的评价主要是通过刀库的故障建模来计算可靠性，如吉林大学数控装备可信性研究所的贾亚洲等人研究的圆盘刀库自动换刀系统可靠性试验台，该试验台的作用是通过加速试验来对刀库的故障模式进行分析，从而找到影响刀库的性能的关键部件，无法定量的分析刀库及自动换刀装置的综合性能。本发明从刀库定位精度、刀库振动特性、自动换刀装置运动精度、换刀振动特性和刀库运行噪声五个方面对刀库及自动换刀装置进行较为全面的性能检测，从而定量的了解刀库及自动换刀装置的综合性能，为提高加工中心整体技术水准奠定基础。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有大型刀库及其自动换刀装置综合性能检测技术不足的问题，发明了一种以无线振动传感器、声压传感器和三轴加速度传感器为传感元件，采用位置敏感探测器(Position Sensory Device，简称PSD)组成的PSD相机及工业相机为非接触测量设备共同构成了大型刀库及其自动换刀装置综合性能检测系统的硬件基础。系统经过模拟电压采集卡、IEPE（Integrated Electronics Piezo Electric，简称IEPE）模拟量采集卡、图像采集卡及无线网关将传感元件获取的性能数据发送的工控机。在工控机里安装了自行设计的刀库及自动换刀装置综合性能检测，对采集到的数据进行分析计算，绘制出各个功能部件的性能参数曲线或者生成相应的数据并保存到硬盘上。通过得到的各方面的综合性能数据可以直观或定量的评价大型刀库及其自动换刀装置的性能优劣，从而达到解决大型刀库及其自动换刀装置综合性能检测难的问题。

本发明采用的技术方案是：采用三轴加速度传感器、无线振动传感器、工业相机、PSD相机及声压传感器作为大型刀库及其自动换刀装置综合性能的检测元件。以IEPE模拟量采集卡、无线网关、图像采集卡及模拟电压采集卡作为数据采集或信号传输设备，对大型刀库及其自动换刀装置的刀库振动、机械手臂振动、刀库定位误差、机械手换刀运动精度及刀库工作噪音五个方面的性能进行检测，并将采集到的电信号转换成数字量发送到工控机。同时，对所获取的实验数据进行分析运算，作出刀库和自动换刀装置的性能参数曲线或数据表格，并将分析结果以实验报告和文本文件形式输出或保存到硬盘，便于后续的数据回放和对比分析。该检测系统的软硬件针对性强，实验数据可以较为全面的反应大型刀库及其自动换刀装置的性能。