11、低价硬件在数控机床应力监测中的应用

低价硬件在数控机床应力监测中的应用

1. 引言

数控机床应力监测需求的产生有多种原因，比如预测刀具磨损、检测刀具缺陷或防止机器滥用等。在高度自动化加工中，对机器进行监测尤为重要。

此前已有许多关于机床应力监测的研究。例如 2014 年 Lauro 等人对多种加工过程监测方法进行了综述，Ambhore 等人也对刀具状态监测方法进行了广泛研究。上世纪 90 年代就已开展一些在线刀具监测实验，如今的低端设备在具备合适传感器接口的情况下，也能进行在线监测所需的计算。还有研究表明，人工神经网络可用于根据振动测量确定铣刀状态，尽管早期计算机性能远不如现在，但相关研究结果仍很有前景。

本文旨在研究使用低端硬件进行应力监测的可能性，探讨了面向硬件的解决方案，采用基于谱范数的监测方法，对数控机床测试结果进行分析，并开展计算时间测试。

2. 利用低端硬件进行应力监测

低端计算机能够完成振动分析所需的大部分计算。只要时域信号不是很长，即使是非常便宜的计算机也适用，不过计算过程可能较慢。在状态监测中，这通常不是问题，因为允许有几分钟甚至几小时的延迟，而且连续测量并非必需。但在应力监测中情况可能不同，如果要确定较长时间内的累积应力，即使有较大延迟也能进行监测。

然而，本文研究的数控机床位于制造实验室（Fab Lab），操作人员技能水平参差不齐，为防止铣床被滥用，在线监测系统需在应力超过极限时迅速发出警告，允许的延迟仅为几秒，严重过载时还需能向控制系统发送紧急停机信号，此时延迟应尽可能小。

本文旨在确定低端设备的计算能力是否足以进行在线应力监测，认为至少有三种测试设备具有潜在适用性，具体如下：
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