制造系統(tǒng)檢測(cè)過程自動(dòng)化資料課件

1、第5章 制造系統(tǒng)檢測(cè)過程自動(dòng)化5.1 概述5.2 工件尺寸精度的檢測(cè)和控制5.3 刀具工作狀態(tài)的檢測(cè)和控制5.4 自動(dòng)化加工過程的檢測(cè)和監(jiān)控5.5 實(shí)例視頻5.1 概述5.1.1 自動(dòng)化檢測(cè)的目的和意義5.1.2 自動(dòng)化檢測(cè)的內(nèi)容5.1.3 自動(dòng)化檢測(cè)裝置的分類5.1.4 實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化的途徑5.1.1 自動(dòng)化檢測(cè)的目的和意義 在自動(dòng)化制造系統(tǒng)中，為了保證產(chǎn)品的加工質(zhì)量和系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要利用各種自動(dòng)化監(jiān)測(cè)裝置，自動(dòng)地對(duì)加工對(duì)象的有關(guān)參數(shù)、加工過程和系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，不斷提供各種有價(jià)值的信息和數(shù)據(jù)（包括被測(cè)對(duì)象的尺寸、形狀、缺陷、加工條件和設(shè)備運(yùn)行狀況等），及時(shí)地對(duì)制造過程中被加工工件質(zhì)

2、量進(jìn)行監(jiān)控，還能自動(dòng)監(jiān)控工藝過程，以確保設(shè)備的正常運(yùn)行。5.1.1 自動(dòng)化檢測(cè)的目的和意義 隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化檢測(cè)的范疇已從單純對(duì)被加工零件幾何參數(shù)的檢測(cè)，擴(kuò)展到對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制。 從對(duì)工藝過程的監(jiān)控?cái)U(kuò)展到實(shí)現(xiàn)最佳條件的適應(yīng)控制生產(chǎn)。因此，自動(dòng)化檢測(cè)不僅是質(zhì)量管理系統(tǒng)的技術(shù)基礎(chǔ)，也是自動(dòng)化加工系統(tǒng)不可缺少的組成都分。 在先進(jìn)制造技術(shù)中，它還可以更好地為產(chǎn)品質(zhì)量體系提供技術(shù)支持。 5.1.1 自動(dòng)化檢測(cè)的目的和意義 實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化，消除了人為誤差，使檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定可靠。 由于采用了先進(jìn)的在線監(jiān)測(cè)儀器，能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，使檢測(cè)精度大大提高。 加工工藝過程與自動(dòng)測(cè)量過程結(jié)合，大大

3、降低了輔助時(shí)間，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約了制造成本。同時(shí)，檢測(cè)自動(dòng)化能在人無法進(jìn)行檢測(cè)的場(chǎng)合實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)，擴(kuò)大檢測(cè)應(yīng)用范圍；能對(duì)加工控制系統(tǒng)自動(dòng)反饋檢測(cè)信息，實(shí)現(xiàn)加工過程的自適應(yīng)控制和優(yōu)化生產(chǎn)。 5.1.2 自動(dòng)化檢測(cè)的內(nèi)容 1. 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的目的 2. 自動(dòng)檢測(cè)信號(hào)的選擇1. 自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的目的 在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，常常采用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)。采用自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的目的主要有兩個(gè)：一是對(duì)被加工對(duì)象進(jìn)行質(zhì)量控制；二是對(duì)加工狀態(tài)和設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控。 1）以質(zhì)量控制為目的的自動(dòng)檢測(cè) 2）以監(jiān)控為目的的自動(dòng)檢測(cè)1）以質(zhì)量控制為目的的自動(dòng)檢測(cè) 以質(zhì)量控制為目的自動(dòng)檢測(cè)分兩種情況：在線檢測(cè)和離線檢測(cè)。 在線自

4、動(dòng)檢測(cè)是在加工及裝配過程中，對(duì)工件的尺寸、形位公差和外形等進(jìn)行連續(xù)或間斷的檢測(cè)，輸出信息供調(diào)節(jié)補(bǔ)償、減小誤差或作顯示、報(bào)警之用。 離線自動(dòng)檢測(cè)是在加工或裝配完成后對(duì)零件或產(chǎn)品進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，確定零件是否合格，產(chǎn)品是否符合規(guī)范。2）以監(jiān)控為目的的自動(dòng)檢測(cè) 以監(jiān)控為目的的自動(dòng)檢測(cè)主要包括對(duì)工位狀況的檢測(cè)、對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)的檢測(cè)、工藝過程的檢測(cè)、材料和零件傳送過程的檢測(cè)。 （1）對(duì)于加工過程每個(gè)工位狀況的檢測(cè)內(nèi)容包括材料或坯件是否到達(dá)工位，在加工前工件是否已準(zhǔn)確定位和夾緊，工作臺(tái)、刀具、夾具、輔助系統(tǒng)、裝配工具等是否都處于正常位置等，其檢測(cè)的內(nèi)容可能有位置、夾緊力、力矩等。2）以監(jiān)控為目的的自動(dòng)檢測(cè) （

5、2）設(shè)備工作狀態(tài)的檢測(cè)包括電機(jī)的輸出功率、主軸的扭矩、刀具的破損和過度磨損、齒輪和軸承的潤(rùn)滑、零件的過熱和冷卻、機(jī)架的斷裂應(yīng)力、工件、夾具或工件臺(tái)的變形等。 （3）工藝過程的檢測(cè)包括運(yùn)動(dòng)件是否碰撞，加工參數(shù)是否合理，振動(dòng)、噪聲、排屑、冷卻潤(rùn)滑液的檢測(cè)等。2）以監(jiān)控為目的的自動(dòng)檢測(cè) （4）材料、零件傳送過程的檢測(cè)包括自動(dòng)搬運(yùn)小車的導(dǎo)向檢測(cè)、自動(dòng)倉(cāng)庫堆垛機(jī)的工位檢測(cè)、立體倉(cāng)庫和刀庫的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、刀具認(rèn)址的檢測(cè)等。2. 自動(dòng)檢測(cè)信號(hào)的選擇 1）檢測(cè)信號(hào)選擇的原則 （1）信號(hào)能否準(zhǔn)確可靠地反映被測(cè)對(duì)象和工況的實(shí)際狀態(tài)。 （2）信號(hào)是否便于實(shí)時(shí)和在線檢測(cè)。 （3）檢測(cè)設(shè)備的通用性和經(jīng)濟(jì)性。 2）常用自動(dòng)檢

6、測(cè)信號(hào) 在加工系統(tǒng)中常用于產(chǎn)品質(zhì)量自動(dòng)檢測(cè)和控制的特征信號(hào)有：尺寸和位移、力和力矩、振動(dòng)、溫度、電信號(hào)、光信號(hào)和聲音。 5.1.3 自動(dòng)化檢測(cè)裝置的分類 自動(dòng)化檢測(cè)裝置的種類和規(guī)格較多，主要有以下幾種分類方法： （1）按測(cè)量信號(hào)的轉(zhuǎn)換原理劃分 有電氣式（電感式、互感式、電容式、電接觸式和光電式等）和氣動(dòng)式（浮標(biāo)式、波管式和膜片式等）。5.1.3 自動(dòng)化檢測(cè)裝置的分類 （2）按測(cè)量頭與被測(cè)物的接觸情況劃分 有接觸式和非接觸式。接觸式的量頭直接與工件被測(cè)表面相接觸，工件被測(cè)參數(shù)的變化直接反映在量桿的移動(dòng)量上，然后通過傳感器轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)或氣信號(hào)。 按量頭與工件表面的接觸點(diǎn)數(shù)目又可分為單點(diǎn)式、兩

7、點(diǎn)式和三點(diǎn)式。 非接觸式的量頭不與工件被測(cè)表面接觸，而是借助氣壓、光束或放射性同位素的射線等的作用，反映被測(cè)參數(shù)的變化。這種測(cè)量方式不會(huì)因?yàn)闇y(cè)頭與工件接觸而影響測(cè)量精度。5.1.3 自動(dòng)化檢測(cè)裝置的分類 （3）按檢測(cè)目的劃分 尺寸測(cè)量和形狀測(cè)量裝置，如：三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、激光測(cè)徑儀、氣動(dòng)測(cè)微儀、電動(dòng)測(cè)微儀。 位置測(cè)量（孔間距、輪廓間距、孔到邊緣距離）裝置等，以及表面紋理、粗糙度的測(cè)量裝置，如：表面輪廓儀。 刀具磨損或破損監(jiān)測(cè)的裝置，如：噪聲頻譜、紅外發(fā)射、探針測(cè)量等測(cè)量裝置。5.1.3 自動(dòng)化檢測(cè)裝置的分類 （4）按檢測(cè)方式劃分 加工后撤至測(cè)量環(huán)境中的被動(dòng)測(cè)量； 在線主動(dòng)檢測(cè)； 在加工位置工序間的

8、檢測(cè)。5.1.4 實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化的途徑 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感技術(shù)、機(jī)械制造技術(shù)及其應(yīng)用水平的提高，以及自動(dòng)化制造系統(tǒng)應(yīng)用的日益廣泛，自動(dòng)化檢測(cè)的內(nèi)容也不斷擴(kuò)展。實(shí)現(xiàn)檢測(cè)過程的自動(dòng)化主要有以下幾個(gè)途徑： （1）在機(jī)床上安裝自動(dòng)化檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)加工過程中的在線檢測(cè)。如在數(shù)控磨床上安裝在線檢測(cè)裝置。5.1.4 實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化的途徑 （2）在自動(dòng)線中設(shè)置專門的自動(dòng)檢測(cè)工位，這種方法既可以是在制造過程剛一完成就立即進(jìn)行的自動(dòng)檢測(cè)，也可以是按照制造過程順序在關(guān)鍵工序上布置若干個(gè)檢測(cè)工作站。 前者屬于加工過程后在線檢測(cè)，后者屬于分布式檢測(cè)，通常在檢測(cè)內(nèi)容多且復(fù)雜或技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)在加工工位上進(jìn)行檢測(cè)時(shí)采用，如曲

9、軸加工自動(dòng)生產(chǎn)線上的動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)裝置。5.1.4 實(shí)現(xiàn)檢測(cè)自動(dòng)化的途徑 （3）設(shè)置專門的監(jiān)測(cè)裝置。如發(fā)動(dòng)機(jī)和軸承制造中的活塞環(huán)、滾針、鋼球等零件的分類機(jī)，連桿穩(wěn)重分類自動(dòng)線等。 （4）在柔性加工系統(tǒng)中，采用測(cè)量機(jī)器人進(jìn)行輔助測(cè)量。5.2 工件尺寸精度的檢測(cè)和控制 機(jī)械零件的加工精度和表面質(zhì)量決定了機(jī)械零件的加工質(zhì)量 。 機(jī)械加工精度指機(jī)械零件加工以后的實(shí)際幾何參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)幾何參數(shù)相符合的程度。 加工誤差是指機(jī)械零件加工以后的實(shí)際幾何參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)幾何參數(shù)偏差的大小。 偏差越小，則表明機(jī)械零件的加工精度就越高，反之則低。因此，機(jī)械零件加工精度的高低，一般是以加工誤差的大小來反映的。5.2 工件尺寸精度的

10、檢測(cè)和控制5.2.1 影響零件加工尺寸的因素（書中解釋）5.2.2 零件加工尺寸的測(cè)量方法與裝置 1. 長(zhǎng)度尺寸測(cè)量 2. 零件加工表面的自動(dòng)檢測(cè) 3. 加工過程中的主動(dòng)測(cè)量 4. 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)與測(cè)量機(jī)器人（書中解釋）1. 長(zhǎng)度尺寸測(cè)量 長(zhǎng)度測(cè)量用的量?jī)x按測(cè)量原理可分為機(jī)械式、光學(xué)式、氣動(dòng)式和電動(dòng)式四大類。 其中適合于大中批量生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用的，主要有氣動(dòng)量?jī)x和電動(dòng)量?jī)x兩大類。 1）氣動(dòng)量?jī)x 2）電動(dòng)量?jī)x1）氣動(dòng)量?jī)x 氣動(dòng)量?jī)x將被測(cè)盤的微小位移量轉(zhuǎn)變成氣流的壓力、流量或流速的變化，然后通過測(cè)量這種氣流的壓力或流量變化，用指示裝置指示出來，作為量?jī)x的示值或信號(hào)。 氣動(dòng)量?jī)x容易獲得較高的放大倍率（通常

11、可達(dá)2000-10000倍），測(cè)量精度和靈敏度均很高，各種指示表能清晰顯示被測(cè)對(duì)象的微小尺寸變化1）氣動(dòng)量?jī)x 氣動(dòng)量?jī)x操作方便，可實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量；測(cè)量器件結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)小型化，使用靈活；氣動(dòng)量?jī)x對(duì)周圍環(huán)境的抗干擾能力強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于加工過程中的自動(dòng)測(cè)量。但對(duì)氣源的要求高，響應(yīng)速度略慢。 氣動(dòng)量?jī)x一般由指示轉(zhuǎn)換部分和測(cè)頭兩部分組成。 指示轉(zhuǎn)換部分又有壓力型和流量型兩類。1）氣動(dòng)量?jī)x （1）壓力型量?jī)x 壓力型氣動(dòng)量?jī)x主要有薄膜式、波紋管式和水柱式等類型。如圖5.1圖5.3所示分別為膜片式氣動(dòng)量?jī)x、波紋管氣動(dòng)量?jī)x、水柱式氣動(dòng)量?jī)x的原理圖。 其主要原理均是用工件尺寸的變化引起氣動(dòng)量?jī)x內(nèi)氣體壓力的變化，從而

12、推動(dòng)指示表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)。 1）氣動(dòng)量?jī)x （1）壓力型量?jī)x（薄膜式） 如圖5.1所示的膜片氣動(dòng)量?jī)x，當(dāng)測(cè)量間隙Z發(fā)生變化時(shí)，下氣室壓力隨之變化，膜片8失去原有平衡，帶動(dòng)錐桿3上下移動(dòng)，從而改變錐桿3與出氣環(huán)7之間的間隙，使上氣室壓力也產(chǎn)生變化。 錐桿3的移動(dòng)量可以從指示表上讀出間隙Z的大小，同時(shí)由電觸點(diǎn)發(fā)出相應(yīng)指示信號(hào)。 1）氣動(dòng)量?jī)x 1）氣動(dòng)量?jī)x （1）壓力型量?jī)x（波紋管式） 如圖5.2所示的波紋管氣動(dòng)量?jī)x，當(dāng)測(cè)量間隙Z的變化，使兩側(cè)波紋管1、5產(chǎn)生壓力差，推動(dòng)框架3左右移動(dòng)，經(jīng)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)指針4移動(dòng)，反映間隙Z的大小。 1）氣動(dòng)量?jī)x （1）壓力型量?jī)x（水柱式） 如圖5.3所示的水柱式氣動(dòng)

13、量?jī)x，其各種壓力取決于穩(wěn)壓管9插入水中的深度H，穩(wěn)壓后的氣流經(jīng)主噴嘴3進(jìn)入測(cè)量氣室4，然后經(jīng)測(cè)量噴嘴6和工件之間的測(cè)量間隙Z流入大氣。 因此，隨著間隙Z的變化，測(cè)量氣室的靜壓力Pb也相應(yīng)變化，水柱的高度落差H就可指示Z的大小。1）氣動(dòng)量?jī)x 1）氣動(dòng)量?jī)x （2）流量型氣動(dòng)量?jī)x 流量型氣動(dòng)量?jī)x的原理如圖5.4所示，測(cè)量間隙Z的變化可使通過測(cè)量噴嘴8的空氣流量發(fā)生變化，錐度玻璃管4內(nèi)的浮子5隨之上下升降，以達(dá)到新的平衡位置，該位置指示出相應(yīng)的Z的大小。1）氣動(dòng)量?jī)x 氣動(dòng)量?jī)x在測(cè)量不同對(duì)象時(shí)必須配備有相應(yīng)的測(cè)頭，根據(jù)測(cè)量方式的的不同，氣動(dòng)測(cè)頭可分為接觸式和非接觸式兩類。在自動(dòng)化檢測(cè)中主要采用非接觸式測(cè)

14、頭。 非接觸式測(cè)頭的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量時(shí)從噴嘴中逸出的壓縮空氣直接向被測(cè)表面噴吹，可以消除或減少工件表面上殘留的油、塵或切削液對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，因而使用較為廣泛。如圖5.5所示為用于測(cè)量不同對(duì)象的幾種非接觸量頭的結(jié)構(gòu)圖。 1）氣動(dòng)量?jī)x 2）電動(dòng)量?jī)x 電動(dòng)量?jī)x一般由指示放大部分和傳感器組成，電動(dòng)量?jī)x的傳感器大多為各種類型的電感和互感傳感器或電容傳感器。 各種電動(dòng)量?jī)x廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和實(shí)驗(yàn)室的精密測(cè)量工作。特別是將各個(gè)傳感器與各種判別電路、顯示裝置等組成的組合式測(cè)量裝置，更是廣泛應(yīng)用于工件的多參數(shù)測(cè)量。2）電動(dòng)量?jī)x 用電動(dòng)量?jī)x測(cè)量各種長(zhǎng)度時(shí)，既可用單傳感器測(cè)量，也可雙傳感器測(cè)量。 用單傳感器測(cè)量傳動(dòng)

15、裝置測(cè)量尺寸時(shí)只用一個(gè)傳感器，雖然可節(jié)省費(fèi)用，但由于支撐端的磨損或工件自身的形狀誤差，有時(shí)會(huì)導(dǎo)入測(cè)量誤差，影響測(cè)量精度。如圖5.6所示是常用的幾種單傳感器測(cè)量傳動(dòng)裝置。2）電動(dòng)量?jī)x 2. 零件加工表面的自動(dòng)檢測(cè) 零件加工表面的幾何結(jié)構(gòu)由形狀、波度和粗糙度組成。 形狀屬于宏觀范疇，粗糙度屬于微觀范疇，波度介于兩者之間。 粗糙度是一種說明表面凹凸不平的微米數(shù)量級(jí)的幾何量，一直是工程制造中設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)零件表面質(zhì)量的主要標(biāo)準(zhǔn)。2. 零件加工表面的自動(dòng)檢測(cè) 實(shí)際生產(chǎn)中檢測(cè)零件加工表面粗糙度最常用的方法是用接觸式輪廓儀/粗糙度計(jì)測(cè)量粗糙度參數(shù)，或用比較樣板進(jìn)行對(duì)比評(píng)估。 由于觸針法具有易劃傷被測(cè)表面、測(cè)量速

16、度低的缺點(diǎn)，故不適合在線自動(dòng)測(cè)量。2. 零件加工表面的自動(dòng)檢測(cè) 光學(xué)探針是一種非接觸測(cè)量粗糙度的手段，它以一個(gè)聚焦光點(diǎn)入射到被測(cè)表面上，模擬機(jī)械觸針進(jìn)行測(cè)量。 此外，非接觸式的粗糙度光學(xué)測(cè)量方法和儀器還有很多，如光切顯微鏡、干涉測(cè)量?jī)x（X射線干涉儀、差動(dòng)干涉儀、同軸干涉儀、散斑干涉儀等），但它們受人的主客觀因素影響大和效率低，故目前尚未能在實(shí)際生產(chǎn)中用于自動(dòng)測(cè)量。2. 零件加工表面的自動(dòng)檢測(cè) 激光也被用于觀察表面微觀形貌和測(cè)量表面粗糙度。 激光照射被測(cè)物體表面時(shí)，反射率因表面粗糙度不同而有差異，因此，可根據(jù)激光反射率和對(duì)信號(hào)的比較分析測(cè)出表面粗糙度。 加工紋理不同或材料不同，測(cè)得結(jié)果也不同。許

17、多學(xué)者都在致力于光散射法用于在線測(cè)量的研究。3. 加工過程中的主動(dòng)測(cè)量 加工過程中的主動(dòng)測(cè)量裝置一般作為輔助裝置安裝在機(jī)床上。在加工過程中，不需停機(jī)測(cè)量工件尺寸，而是依靠自動(dòng)檢測(cè)裝置，在加工的同時(shí)自動(dòng)測(cè)量工件尺寸的變化，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)，控制機(jī)床的加工過程（如變換切削用量、停止進(jìn)給、退刀和停車等）。 1）定尺寸點(diǎn)接觸式測(cè)量裝置 2）氣動(dòng)式主動(dòng)測(cè)量裝置 3）激光測(cè)量1）定尺寸點(diǎn)接觸式測(cè)量裝置 應(yīng)用定尺寸裝置進(jìn)行在線尺寸檢測(cè)在磨削加工中比較多見，在其他切削加工工序中應(yīng)用很少。 因?yàn)槟ハ鞴ば虻募庸び嗔啃。行技?xì)小，發(fā)熱量小，而且加工區(qū)域供有大量的切削液，可迅速去除產(chǎn)生的熱量，同時(shí)工件表面

18、粗糙度低，因而不會(huì)引起較大的測(cè)量誤差。1）定尺寸點(diǎn)接觸式測(cè)量裝置 如圖5.8所示為某磨削加工中的一個(gè)自動(dòng)測(cè)量裝置。 工件1在機(jī)床5加工的同時(shí)，自動(dòng)測(cè)量頭2對(duì)其進(jìn)行測(cè)量，將所測(cè)得的工件尺寸變化量經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換放大器3，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)或氣信號(hào)，經(jīng)放大后返回機(jī)床的控制系統(tǒng)，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)4控制加工過程。1）定尺寸點(diǎn)接觸式測(cè)量裝置 2） 氣動(dòng)式主動(dòng)測(cè)量裝置 外圓磨削中使用的壓力型單點(diǎn)式氣動(dòng)測(cè)量裝置如圖5.11所示，測(cè)量頭體3裝在磨床工作臺(tái)上，測(cè)量杠桿2的硬質(zhì)合金端與工件1的下母線相接觸，另一端面與氣動(dòng)噴嘴7相對(duì)，中間留有一定間隙量。杠桿2的中部薄弱具有一定彈性，以保持觸頭對(duì)工件的測(cè)量壓力。松開螺釘5，可

19、借助螺母6調(diào)節(jié)量頭的高低。 氣動(dòng)量?jī)x所發(fā)出的氣壓信號(hào)，不能直接控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般需將測(cè)量結(jié)果轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)，因此，通常需要有電氣信號(hào)轉(zhuǎn)換器。2） 氣動(dòng)式主動(dòng)測(cè)量裝置 3）激光測(cè)量 單頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量原理如圖5.12所示。3）激光測(cè)量 氦氖激光管1產(chǎn)生的激光經(jīng)透鏡組后成為平行光束，經(jīng)反射鏡4到分光鏡5，激光被分為兩路，一路到裝在被測(cè)件8上的移動(dòng)反射鏡7而反射回來，另一路經(jīng)反射鏡4到固定反射鏡9再反射回來。 這兩路反射回來的激光通過分光鏡5而匯合形成干涉。運(yùn)動(dòng)反射棱鏡7隨被測(cè)件8運(yùn)動(dòng)，使該路的光程變化，這造成干涉條紋亮暗變化。 3）激光測(cè)量 被測(cè)件每移動(dòng)激光波長(zhǎng)的一半，干涉條紋亮暗變化一

20、周期。 相位板6用于獲得兩路相位差為90的干涉條紋信號(hào)的細(xì)分和辨向。該兩路相差90的干涉信號(hào)通過干涉測(cè)量器10，最后成為具有長(zhǎng)度單位當(dāng)量的脈沖，顯示出被測(cè)件的移動(dòng)距離。半圓光闌3的作用是防止返回激光回到激光管。 3）激光測(cè)量 激光的頻率和幅值改變都會(huì)影響到單頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)的精度，因此，環(huán)境（氣壓、濕度、溫度、氣流等）變化將影響激光測(cè)量精度。 雙頻激光干涉測(cè)量系統(tǒng)受環(huán)境干擾的影響比單頻激光測(cè)量系統(tǒng)小很多，使測(cè)量精度大為提高，因而得到廣泛應(yīng)用。 3）激光測(cè)量 如很多超精密機(jī)床上都裝有雙頻激光位移傳感器，檢測(cè)機(jī)床Z向和X向運(yùn)動(dòng)部件的位移，與精密數(shù)控系統(tǒng)組成精密反饋控制系統(tǒng)，以保證加工的尺寸精度。

21、 這種測(cè)量系統(tǒng)的激光管輸出的激光可在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下分裂成f1和f2兩個(gè)頻率，旋向相反的兩束圓偏振光，它們經(jīng)1/4波片成為垂直和水平兩個(gè)方向(90)的線偏振光。 3）激光測(cè)量 機(jī)械制造實(shí)際測(cè)量應(yīng)用中經(jīng)常需要多路激光同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，如數(shù)控超精密車床需用兩路激光同時(shí)測(cè)量，三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)需要用三路激光同時(shí)測(cè)量。 將一路激光用分光鏡分為幾路激光的技術(shù)很簡(jiǎn)單。3）激光測(cè)量 激光測(cè)徑儀的組成包括光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)和電路系統(tǒng)兩部分。 光學(xué)機(jī)械系統(tǒng)由激光電源、氦氖激光器、同步電動(dòng)機(jī)、多面棱鏡及多種形式的透鏡和光電轉(zhuǎn)換器件組成。 電路系統(tǒng)主要由整形放大、脈沖合成、填充計(jì)數(shù)、微型計(jì)算機(jī)、顯示器和電源等組成。 3）激光測(cè)量 激光

22、測(cè)徑儀的工作原理圖如圖5.14所示，氦氖激光器光束經(jīng)平面反射鏡L1、L2射到安裝在同步電動(dòng)機(jī)M轉(zhuǎn)軸上的多面棱鏡W上，當(dāng)棱鏡由同步電動(dòng)機(jī)M帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)之后，激光束就成為通過L3焦點(diǎn)的一個(gè)掃描光束，這個(gè)掃描光束通過透鏡之后，形成一束平行運(yùn)動(dòng)的平行掃描光束。平行掃描光束經(jīng)透鏡L5以后，聚焦到光電二極管V上。3）激光測(cè)量 如果L4、L5中間沒有被測(cè)的工件，光電二極管的接受信號(hào)將是一個(gè)方波脈沖，如圖5.15（a）所示。 如果在L4、L5間測(cè)量空間有被測(cè)件D，則光電二極管V上的信號(hào)波形如圖5.15（b）所示。 圖中脈沖寬度T與被測(cè)件D大小成正比，T也就是光束掃描移動(dòng)這段距離d所用的時(shí)間。3）激光測(cè)量 5.3

23、刀具工作狀態(tài)的檢測(cè)和控制5.3.1 刀具尺寸控制系統(tǒng)的概念5.3.2 刀具補(bǔ)償裝置的工作原理5.3.3 刀具補(bǔ)償裝置的典型機(jī)構(gòu)與應(yīng)用 1. 雙端面磨床的自動(dòng)補(bǔ)償 2. 鏜孔刀具的自動(dòng)補(bǔ)償3. 立銑工件直線度的自動(dòng)補(bǔ)償（看書）4. 數(shù)控立銑工件平面度的自動(dòng)補(bǔ)償（看書） 5. 精密絲杠螺距的自動(dòng)補(bǔ)償（看書）5.3.1 刀具尺寸控制系統(tǒng)的概念 刀具尺寸控制系統(tǒng)是指加工時(shí)對(duì)工件已加工表面進(jìn)行在線自動(dòng)檢測(cè)。 當(dāng)?shù)毒咭蚰p等原因，使工件尺寸變化而達(dá)到某一預(yù)定值時(shí)，控制裝置發(fā)出指令，操縱補(bǔ)償裝置，使刀具按指定值進(jìn)行微量位移，以補(bǔ)償工件尺寸變化，使工件尺寸控制在公差范圍內(nèi)。5.3.1 刀具尺寸控制系統(tǒng)的概念

24、尺寸控制系統(tǒng)由自動(dòng)測(cè)量裝置、控制裝置和補(bǔ)償裝置組成。如圖5.20（a）所示為典型鏜孔尺寸控制系統(tǒng)。 5.3.1 刀具尺寸控制系統(tǒng)的概念 加工后的工件由測(cè)頭2進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量值傳遞給控制裝置3，控制裝置將測(cè)量值與規(guī)定尺寸進(jìn)行比較，獲得尺寸偏差值，然后將偏差值信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大，再傳遞給補(bǔ)償裝置4，補(bǔ)償裝置利用信號(hào)，使鏜頭上的鏜刀產(chǎn)生微量位移，然后繼續(xù)加工下一件。 如圖5.20（b）所示為常用的拉桿擺塊式補(bǔ)償裝置。刀具的徑向尺寸補(bǔ)償由拉桿的軸向位移轉(zhuǎn)換為擺塊的擺動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。5.3.2 刀具補(bǔ)償裝置的工作原理 目前，在金屬切削加工中，自動(dòng)補(bǔ)償裝置多采用尺寸控制原則，即在工件完成加工后，自動(dòng)測(cè)量其實(shí)際尺寸，

25、當(dāng)工件的尺寸超出某一規(guī)定的范圍時(shí)，測(cè)量裝置發(fā)出信號(hào)，控制補(bǔ)償裝置，自動(dòng)調(diào)整機(jī)床的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，或?qū)Φ毒哌M(jìn)行調(diào)整以補(bǔ)償尺寸上的偏差。 自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)一般由測(cè)量裝置、信號(hào)轉(zhuǎn)換或控制裝置以及補(bǔ)償裝置三部分組成。 5.3.2 刀具補(bǔ)償裝置的工作原理 自動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)的測(cè)量和補(bǔ)償過程是滯后于加工過程的，為了保證在對(duì)前一個(gè)工件進(jìn)行測(cè)量和發(fā)出補(bǔ)償信號(hào)時(shí)，后一個(gè)工件不會(huì)成為廢品，就不能在工件已達(dá)到極限尺寸時(shí)才發(fā)出補(bǔ)償信號(hào)。一般應(yīng)使發(fā)出補(bǔ)償信號(hào)的界限尺寸在工件的極限尺寸以內(nèi)，并留有一定的安全帶。 如圖5.21所示，通常將工件的尺寸公差帶分為若干區(qū)域。 5.3.2 刀具補(bǔ)償裝置的工作原理 5.3.2 刀具補(bǔ)償裝置的工作原理

26、 如圖5.21（a）所示為孔的補(bǔ)償分布圖，加工孔時(shí)，由于刀具磨損，工件尺寸不斷變小。 當(dāng)進(jìn)入補(bǔ)償帶B時(shí)，控制裝置就發(fā)出補(bǔ)償信號(hào)，補(bǔ)償裝置按預(yù)先確定的補(bǔ)償量補(bǔ)償，使工件尺寸回到正常尺寸Z中。 在靠近上、下極限偏差處，還可根據(jù)具體要求劃出安全帶A，當(dāng)工件尺寸由于某些偶然原因進(jìn)入安全帶時(shí)，控制裝置發(fā)出換刀或停機(jī)信號(hào)。 如圖5.21（b）所示是軸的補(bǔ)償帶分布圖。 5.3.2 刀具補(bǔ)償裝置的工作原理 在某些情況下，考慮到其他原因，例如機(jī)床或刀具的熱變形，會(huì)使工件尺寸朝相反的方向變化，如圖5.21（c）所示。 將正常尺寸帶Z放在公差帶的中部，兩端均劃出補(bǔ)償帶B。此時(shí)，補(bǔ)償裝置應(yīng)能實(shí)現(xiàn)正、負(fù)兩個(gè)方向的補(bǔ)償。

27、 通常，當(dāng)某個(gè)工件的尺寸進(jìn)入補(bǔ)償帶時(shí)，并不立即進(jìn)行補(bǔ)償，而將此測(cè)量信號(hào)儲(chǔ)存起來，必須當(dāng)連續(xù)出現(xiàn)幾個(gè)補(bǔ)償信號(hào)時(shí)，補(bǔ)償裝置才會(huì)得到動(dòng)作信號(hào)。5.3.2 刀具補(bǔ)償裝置的工作原理 測(cè)量控制裝置大多向補(bǔ)償裝置發(fā)出脈沖補(bǔ)償信號(hào)，或者補(bǔ)償裝置在接收信號(hào)以后進(jìn)行脈動(dòng)補(bǔ)償。 每一次補(bǔ)償量的大小，決定于工件的精度要求，即尺寸公差帶的大小，以及刀具的磨損狀況。 5.3.2 刀具補(bǔ)償裝置的工作原理 每次的補(bǔ)償量越小，獲得的補(bǔ)償精度越高，工件的尺寸分散度也越小。但此時(shí)對(duì)補(bǔ)償執(zhí)行機(jī)構(gòu)的靈敏度要求也越高。 當(dāng)補(bǔ)償裝置的傳動(dòng)副存在間隙和彈性變形，以及移動(dòng)部件間有較大摩擦阻力時(shí)，就很難實(shí)現(xiàn)均勻而準(zhǔn)確的補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)。1. 雙端面磨床

28、的自動(dòng)補(bǔ)償 如圖5.22所示為磨削軸承雙端面的情形。 1. 雙端面磨床的自動(dòng)補(bǔ)償 如圖5.22所示，機(jī)床有左右兩個(gè)砂輪4和5，被磨削工件7從兩個(gè)砂輪間通過，同時(shí)磨削兩端面，氣動(dòng)量?jī)x的噴嘴3用于測(cè)量砂輪5相對(duì)于定位板6的位置，并保證定位板6比砂輪5的工作面低一個(gè)數(shù)值，以保證工件順利輸出。 1. 雙端面磨床的自動(dòng)補(bǔ)償 如圖5.22所示，已加工工件7的厚度由擋板2、氣動(dòng)噴嘴1進(jìn)行測(cè)量。 如果砂輪5磨損了，則氣隙Z1變大，氣動(dòng)量?jī)x將發(fā)出信號(hào)，使砂輪5進(jìn)行補(bǔ)償。 如果工件尺寸過厚，則氣隙Z2將變小，氣動(dòng)量發(fā)出信號(hào)，使砂輪4進(jìn)行補(bǔ)償。 2. 鏜孔刀具的自動(dòng)補(bǔ)償 鏜刀的自動(dòng)補(bǔ)償方式最常用的是借助鏜桿或刀夾的

29、特殊結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)。這一方式又可分為兩類。 （1）利用錘桿軸線與主軸回轉(zhuǎn)軸線的偏心進(jìn)行補(bǔ)償； （2）利用擺桿或刀夾的彈性變形實(shí)現(xiàn)微量補(bǔ)償。 偏心補(bǔ)償裝置相關(guān)資料中均有介紹，本書僅介紹變形補(bǔ)償。2. 鏜孔刀具的自動(dòng)補(bǔ)償 壓電晶體式自動(dòng)補(bǔ)償裝置是一種典型的變形補(bǔ)償裝置，它是利用壓電陶瓷的電致伸縮效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)刀具補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)的。 如石英、鈦酸鋇等一類離子型晶體，由于結(jié)晶點(diǎn)陣的規(guī)則排列，在外力作用下產(chǎn)生機(jī)械變形時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電極化現(xiàn)象，即在承受外力的相應(yīng)兩個(gè)表面上出現(xiàn)正負(fù)電荷，形成電位差，這就是壓電效應(yīng)。反之，晶體在外加直流電壓的作用下，就會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形，這就是電致伸縮效應(yīng)。 2. 鏜孔刀具的自動(dòng)補(bǔ)償 采

30、用壓電陶瓷元件的鏜刀自動(dòng)補(bǔ)償裝置如圖5.23所示。 2. 鏜孔刀具的自動(dòng)補(bǔ)償 如圖5.23所示，該裝置的補(bǔ)償原理如下： 當(dāng)壓電陶瓷元件1通電時(shí)向左伸長(zhǎng)，于是推動(dòng)滑柱2、方形截面的楔塊8和圓柱楔塊7，通過圓柱楔塊7的斜面，克服板彈簧4的壓力，將固定在滑套6中的鏜刀5頂出。2. 鏜孔刀具的自動(dòng)補(bǔ)償 如圖5.23所示，當(dāng)通入反向直流電壓時(shí)，元件1收縮，在彈簧3的作用下，方形楔塊8向下位移，以填補(bǔ)由于元件1收縮時(shí)騰出的空隙。 當(dāng)再次變換通入正向電壓時(shí)，元件1又伸長(zhǎng)，如此循環(huán)下去，經(jīng)過若干次脈沖電壓的反復(fù)作用，刀具向外伸出預(yù)定的補(bǔ)償量。 該裝置采用300V的正反向交替直流脈沖電壓，以計(jì)數(shù)繼電器控制脈沖次

31、數(shù)。每一脈沖的補(bǔ)償量為0.0020.003mm，刀尖的總補(bǔ)償量為0.1mm。 5.4 自動(dòng)化加工過程的檢測(cè)和監(jiān)控5.4.1 刀具磨損和破損的檢測(cè)和監(jiān)控5.4.2 自動(dòng)化加工設(shè)備的功能監(jiān)控與故障診斷5.4.3 柔性制造系統(tǒng)的監(jiān)控和故障診斷5.4.1 刀具磨損和破損的檢測(cè)和監(jiān)控 刀具的磨損和破損，與自動(dòng)化加工過程的尺寸加工精度和系統(tǒng)的安全可靠性具有直接關(guān)系。 因此，在自動(dòng)化制造系統(tǒng)中，必須設(shè)置刀具磨損、破損的檢測(cè)與監(jiān)控裝置，用以防止可能發(fā)生的工件成批報(bào)廢和設(shè)備事故。 1. 刀具磨損的檢測(cè)和監(jiān)控 2. 刀具破損的監(jiān)控方法1. 刀具磨損的檢測(cè)和監(jiān)控 刀具磨損的檢測(cè)方式分直接檢測(cè)和間接檢測(cè)兩種。 1）刀

32、具磨損的直接檢測(cè)與補(bǔ)償 2）刀具磨損的間接檢測(cè)和監(jiān)控1）刀具磨損的直接檢測(cè)與補(bǔ)償 在加工中心或柔性制造系統(tǒng)中，加工零件的批量小。為了保證加工精度，較好方法是直接檢測(cè)刀具的磨損量，并通過補(bǔ)償機(jī)構(gòu)對(duì)相應(yīng)尺寸誤差進(jìn)行補(bǔ)償，如圖5.27所示的鏜刀刀刃的磨損測(cè)量原理圖。 1）刀具磨損的直接檢測(cè)與補(bǔ)償 如圖5.27所示，當(dāng)鏜刀停在測(cè)量位置時(shí)、測(cè)量裝置移近刀具并與刀刃接觸，磨損測(cè)量傳感器從刀柄的參考表面上測(cè)取讀數(shù)。刀刃和參考表面與測(cè)量裝置的相鄰兩次接觸，其讀數(shù)變化值即為刀刃的磨損值。 測(cè)量過程、數(shù)據(jù)的計(jì)算和磨損值的補(bǔ)償過程都可以由計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制和完成。 2）刀具磨損的間接檢測(cè)和監(jiān)控 在加工過程中，多數(shù)刀具的

33、磨損區(qū)被工件或切屑遮蓋，很難直接測(cè)量刀具的磨損值，因此多采用如下間接測(cè)量的方法。（1）以刀具壽命為判據(jù)（書中解釋）（2）以切削力為判據(jù)（書中解釋）（3）以加工表面粗糙度為判據(jù)（書中解釋）2. 刀具破損的監(jiān)控方法 刀具的破損檢測(cè)是保證機(jī)械加工自動(dòng)化生產(chǎn)正常進(jìn)行的重要措施。在自動(dòng)化生產(chǎn)中，若刀具的破損未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，會(huì)導(dǎo)致工件報(bào)廢，甚至損壞機(jī)床。方法如下： 1）光電式刀具破損檢測(cè) 2）氣動(dòng)式刀具破損檢測(cè) 3）探針式監(jiān)控 4）電磁式監(jiān)控 5）主電動(dòng)機(jī)負(fù)荷監(jiān)控 6）聲發(fā)射監(jiān)控1）光電式刀具破損檢測(cè) 采用光電式檢測(cè)裝置可以直接檢測(cè)鉆頭或絲錐是否完整或折斷。 如圖5.31所示，光源的光線通過隔板中的小孔射向

34、剛加工完畢返回的鉆頭，若鉆頭完好，光線受阻，光敏元件無信號(hào)輸出。 若鉆頭折斷，光線射向光敏元件，發(fā)出停機(jī)信號(hào)。 這種破損檢測(cè)裝置易受切屑干擾。 1）光電式刀具破損檢測(cè) 2）氣動(dòng)式刀具破損檢測(cè) 氣動(dòng)式刀具的破損檢測(cè)原理與光電式相似，如圖5.32所示。 當(dāng)完好鉆頭或絲錐返回原位后，氣閥接通，噴嘴噴出的氣流被鉆頭擋住，壓力開關(guān)不動(dòng)作。 當(dāng)?shù)毒哒蹟鄷r(shí)，氣流就沖向氣動(dòng)壓力開關(guān)，發(fā)出刀具折斷信號(hào)。 3）探針式監(jiān)控 探針式監(jiān)控方法多用來測(cè)量孔的加工深度，并間接地檢查出孔加工刀具（鉆頭）的完整性，尤其是對(duì)于在加工中容易折斷的刀具，如直徑小于10-12 mm的鉆頭等。該檢測(cè)方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用很廣泛。 如圖5.3

35、3所示其裝置。 3）探針式監(jiān)控 如圖5.33所示，裝有探針的檢查裝置裝在機(jī)床移動(dòng)部件（如滑臺(tái)、主軸箱）上，探針1向右移動(dòng)，進(jìn)入工件2的已加工孔內(nèi)。 當(dāng)孔深不夠或有折斷的鉆頭和切削堵塞時(shí)，探針板壓縮滑桿3，克服彈簧力而后退，使擋塊5壓下限位開關(guān)6，發(fā)出下一道工序不能繼續(xù)進(jìn)行的信號(hào)。4）電磁式監(jiān)控 如圖5.34所示為電磁式監(jiān)控裝置的示意圖。 4）電磁式監(jiān)控 如圖5.34所示為電磁式監(jiān)控裝置的原理圖。它是帶有線圈的U形電磁鐵和鉆頭組成閉合的磁路，然后利用磁通變化的原理來檢測(cè)刀具是否折斷。 當(dāng)鉆頭折斷時(shí)，磁阻增大，使線圈中的電壓發(fā)生變化而發(fā)出信號(hào)。 因?yàn)榈毒邥?huì)帶有磁性，只適用于加工非鐵磁性材料的工件。

36、 5）主電動(dòng)機(jī)負(fù)荷監(jiān)控 在切削過程中，刀具的破損會(huì)引起切削力和切削轉(zhuǎn)矩的變化，而切削力、轉(zhuǎn)矩的變化可直接由機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率來表示。 因此，檢測(cè)機(jī)床電動(dòng)機(jī)功率可以判斷刀具狀態(tài)。6）聲發(fā)射監(jiān)控 在金屬切削過程中，用聲發(fā)射方法檢測(cè)小尺寸刀具破損非常有效。 聲發(fā)射是固體材料或構(gòu)件受外力或內(nèi)力作用產(chǎn)生變形或斷裂，以彈性波形式釋放出應(yīng)變能的現(xiàn)象。 金屬切削過程中可產(chǎn)生頻率范圍從幾十千赫至幾兆赫的聲發(fā)射信號(hào)。產(chǎn)生聲發(fā)射信號(hào)的來源有工件的斷裂、工件與刀具的摩擦、切屑變形、刀具的破損及工件的塑性變形等。 6）聲發(fā)射監(jiān)控 正常切削時(shí)，信號(hào)器所拾取的信號(hào)為一個(gè)小幅值連續(xù)信號(hào)，當(dāng)?shù)毒咂茡p時(shí)，聲發(fā)射信號(hào)增長(zhǎng)幅值遠(yuǎn)大于正常

37、切削時(shí)的幅度。 如圖5.35所示為聲發(fā)射鉆頭破損檢測(cè)裝置系統(tǒng)圖。 6）聲發(fā)射監(jiān)控 如圖5.35所示，當(dāng)切削加工中發(fā)生鉆頭破損時(shí)，用安裝在工作臺(tái)上的聲發(fā)射傳感器檢測(cè)鉆頭破損所發(fā)出的信號(hào)，并由鉆頭破損檢測(cè)器處理。 當(dāng)確認(rèn)鉆頭已破損時(shí)，檢測(cè)器發(fā)出信號(hào)通過計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行換刀。 根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)，此增大幅度為正常切削時(shí)的37倍，并與刀具破損面積有關(guān)。 5.4.2 自動(dòng)化加工設(shè)備的功能監(jiān)控與故障診斷 1. 監(jiān)控系統(tǒng)概念與組成 1）監(jiān)控系統(tǒng)的概念 2）監(jiān)控系統(tǒng)的組成 3）加工設(shè)備功能監(jiān)控的內(nèi)容 4）對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的要求 2. 加工設(shè)備的故障診斷1）監(jiān)控系統(tǒng)的概念 對(duì)加工過程的監(jiān)控是機(jī)械制造自動(dòng)化的基本要求之一。

38、加工過程的在線監(jiān)控涉及很多相關(guān)技術(shù)，如傳感器技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、人工智能技術(shù)以及切削機(jī)理等。 切削過程監(jiān)控指的是在加工狀態(tài)下對(duì)刀具、工件、機(jī)床的工況和切削過程動(dòng)態(tài)變化的信息進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)、處理、識(shí)別、判斷及狀態(tài)反饋控制。2）監(jiān)控系統(tǒng)的組成 自動(dòng)化加工監(jiān)控系統(tǒng)主要由信號(hào)檢測(cè)、特征提取、狀態(tài)識(shí)別、決策和控制四個(gè)部分組成。 （1）信號(hào)檢測(cè)。信號(hào)檢測(cè)是監(jiān)控系統(tǒng)的首要一步，加工過程的許多狀態(tài)信號(hào)從不同角度反映加工狀態(tài)的變化。 （2）特征提取。特征提取是對(duì)檢測(cè)信號(hào)的進(jìn)一步加工處理，從大量檢測(cè)信號(hào)中提取出與加工狀態(tài)變化相關(guān)的特征參數(shù)，目的在于提高信號(hào)的信噪比，增加系統(tǒng)的抗干擾能力。2

39、）監(jiān)控系統(tǒng)的組成 （3）狀態(tài)識(shí)別。狀態(tài)識(shí)別實(shí)質(zhì)上是通過建立合理的識(shí)別模型，根據(jù)所獲取加工狀態(tài)的特征參數(shù)對(duì)加工過程的狀態(tài)進(jìn)行分類判斷。 （4）決策與控制。根據(jù)狀態(tài)識(shí)別的結(jié)果，在決策模型指導(dǎo)下對(duì)加工狀態(tài)中出現(xiàn)的故障做出判決，并進(jìn)行相應(yīng)的控制和調(diào)整，例如改變切削參數(shù)、更換刀具、改變工藝等。要求決策系統(tǒng)實(shí)時(shí)、快速、準(zhǔn)確、適應(yīng)性強(qiáng)。3）加工設(shè)備功能監(jiān)控的內(nèi)容 （1）工件加工過程的監(jiān)控。加工過程工件的監(jiān)視項(xiàng)目有：工序監(jiān)視（是否所要求的加工）、工件監(jiān)視（是否規(guī)定的加工件）、工件安裝位姿監(jiān)視（是否進(jìn)入正確安裝姿態(tài)）、尺寸與形狀誤差監(jiān)視、表面粗糙度監(jiān)視等。 （2）機(jī)床運(yùn)行監(jiān)控。包括： 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的監(jiān)控； 主軸軸承

40、與主軸回轉(zhuǎn)部件監(jiān)控； 機(jī)床狀態(tài)監(jiān)視； 精度監(jiān)控。（書中解釋）4）對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的要求 加工過程、機(jī)床以及刀具工況監(jiān)控是自動(dòng)化加工監(jiān)控系統(tǒng)具有的3個(gè)主要任務(wù)。各個(gè)任務(wù)除了選好狀態(tài)變量之外，還必須滿足如下的一些要求。 （1）同加工過程往往需要監(jiān)控多個(gè)狀態(tài)變量，僅監(jiān)控一個(gè)狀態(tài)變量是不夠的。 （2）由于自動(dòng)化加工系統(tǒng)本身的加工特性，必須監(jiān)測(cè)振動(dòng)情況，在多軸加工的情況下，還必須選擇觀測(cè)方向。4）對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的要求 （3）系統(tǒng)中必須采用相應(yīng)的識(shí)別控制程序?qū)庸み^程出現(xiàn)的異常狀態(tài)進(jìn)行識(shí)別。 （4）由于交換部件、刀具的數(shù)量大、控制程序長(zhǎng)，因此，必須監(jiān)測(cè)加工過程的初始條件。2. 加工設(shè)備的故障診斷 所謂診斷就是對(duì)設(shè)備

41、的運(yùn)行狀態(tài)做出判斷。設(shè)備在運(yùn)行過程中，內(nèi)部零部件和元器件因?yàn)槭艿搅?、熱、摩擦、磨損等多種作用，其運(yùn)行狀態(tài)不斷變化，一旦發(fā)生故障，往往會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重后果。 因此必須在設(shè)備運(yùn)行過程中對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及時(shí)做出判斷，采取相應(yīng)的決策，在事故發(fā)生以前就發(fā)現(xiàn)并加以消除。 2. 加工設(shè)備的故障診斷 加工設(shè)備的自動(dòng)監(jiān)控與故障診斷主要有4個(gè)方面的內(nèi)容： （1）狀態(tài)量的監(jiān)測(cè)。狀態(tài)量監(jiān)測(cè)就是用適當(dāng)?shù)膫鞲衅鲗?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否正常的狀態(tài)參數(shù)。 （2）加工設(shè)備運(yùn)行異常的判別。運(yùn)行異常的判別是將狀態(tài)量的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男畔⑻幚?，判斷是否出現(xiàn)設(shè)備異常的信號(hào)。2. 加工設(shè)備的故障診斷 （3）設(shè)備故障原因的識(shí)別。根據(jù)判別結(jié)果，

42、找出設(shè)備出現(xiàn)故障的原因。識(shí)別故障原因是故障診斷中最難、最耗時(shí)的工作。 （4）控制決策。找出故障發(fā)生的地點(diǎn)及原因后，就要對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修，排除故障，保證設(shè)備能夠正常工作。 狀態(tài)監(jiān)測(cè)是故障診斷的基礎(chǔ)，故障診斷是對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的進(jìn)一步分析和處理，而控制決策是在監(jiān)測(cè)和診斷基礎(chǔ)上做出的。因此，三者之間必須緊密集成在一起。5.4.3 柔性制造系統(tǒng)的監(jiān)控和故障診斷 由于現(xiàn)代加工工藝還很難真正完成整體FMS的閉環(huán)監(jiān)控、自行排除故障的處理過程，所以，F(xiàn)MS的很多監(jiān)控過程都屬于單項(xiàng)檢測(cè)。 隨著加工工藝的發(fā)展，要使FMS真正達(dá)到加工人員和設(shè)備的高柔性，就必須實(shí)現(xiàn)FMS檢測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的模塊化和高度集成化。 1. FMS的監(jiān)控系統(tǒng) 2.