郑丽 黄学辉 刘仲彪
摘 要： 复杂工况对于高速 CNC机床加工的精度以及其安全都有很大的影响，因此要设定检测参数阀值，通过检测数据预期对比来判断加工工况是否安全。设计了基于高速技术的高速CNC机床集成监控系统，对该系统的工艺进行了设计，同时还设计了系统硬件以及开发了PLC软件程序，另外对传感器选型进行了说明，并且完成高速与840D/828D 数控系统的无缝衔接。最后通过实际试验证明了该监控系统提高了高速CNC机床在复杂工况下工作的安全性以及生产过程的可控性，同时使得生产产品质量以及其效率得到了保障。
关键词： 高速车削；工况预测；集成监控；高速
高速CNC机床加工的过程具有柔性化及动态化等特点，所以加工过程及其运行状态的监控均包含有明显的复杂性。尽管我国当前自主研制的机床的定位及反复定位精度已经很高，但是由于加工的过程很复杂，同时伴随有振动、刀具损耗和热力耦合变形等要素影响，从而致使生产精度及稳定性等特性降低，所以生产过程的稳定性及可 靠性、产品质量及生产效率等方面和先进国家还有很大的距离。实际生产过程中，由于工艺参数的合理选择、切削振动、刀具磨损、受热变形等诸多影响因素致使加工成品与理论模型之间存在误差，设备性能的发挥和寿命的保障、加工效率和成本等都是需要考虑的因素，这些都离不开加工过程监测技术。
机床和加工过程的监控技术是获取信息、发现问题和解决问题的途径，是实现数字制造、智能制造的前提和基础，是进行高效、高质、安全、可靠加工的有利保障，只有对机床、刀具和加工过程进行监测，才能获知设备和过程状态信息，从而据此进行智能优化控制，所以说先进的监控技术是实现智能制造和使机床变聪明的基础和唯一可行的途径。
1、集成监控系统工艺设计
高速CNC机床复杂工况下集成监控系统工艺流程在加工开始之前，利用虚拟测试过程实现每一项代表性工况的检测工作并将其特性保存至数据库，同时作为工况的辨别以及其参数优化的参考依据。
高速的监控将涉及全部生产过程，针对如碰撞、刀具破损、崩刃、超载及颤振等突发性事故完成实时检测甄别，然后动态检测刀具的损耗程度以及切削的振动状态，当检测到刀具损耗时开启机器视觉过程以此来确定其损耗程度，在线检过程完成主要节点以及加工结束的检测，以此来确保生产质量。
该集成监控 系统利用数控系统实现对复杂工况的控制，将测头及CCD看成刀具安设在对应的位置，利用数控程序及机床自身的 工作实现其检测，因此该集成监控系统不仅仅含有对硬件的集成而且还有对软件的集成。
2、监控系统设计
将检测到的主轴电 机功率 信号及切削振动信实时传输到840D/828D 数控系统及上位机，并且通过840D/828D HMI R 变量模式可以对保存在200～203范围内的检测数据进行实时查看，同时利用数控系统实时处理检测数据并 实行对应的控制步骤，然后利用上位机监控界面实现对检测数据的实时显示。
3、试验结果
HTC2550hs高速数控车削中心，数控系统西门子828D 系列，选取加工直径是600mm 的45钢棒料，主轴的 转速、电机 功率及最高 扭 矩分别是 0～6000转、20.5/15kW 及162N·m，X 轴及 Z轴的移动 速 度 和 进 给 电 机 功 率 分 别 是 60m/min 和4.71kW，Z轴（主轴）、X 轴的最高进给抗力分别是1290N、1720N，人为设定六种不同的工况条件，其试验结果见。对于预设的过载、碰撞、颤振、刀具严重磨损的异常工况识别和处理，不同级别的警报响起，警灯点亮，并记录下此时的最大值和持续时间。
4、结 论
基于多传感器的高速CNC 集成监控系统不仅提升了加工过程的可靠性及可控性，而且还提升了其稳定性以及加工质量与效率。同时用户可以很简单、方便、直观的运用该系统，在很大程度上提高了 其对复杂工况的预测感知能力以及监控能力。
