一种数控机床主轴负荷的在线检测设备和检测方法技术领域
本发明涉及数控自动化技术领域，具体涉及一种数控机床主轴负荷的在线检测设
备和检测方法。
背景技术
随着劳动力成本的不断上升，“用工荒”的出现为数控机床提供了一个新的应用领
域自动生产线上的“智能制造”。在此背景下，企业需要能够长时间连续运转的自动化加工
设备（数控机床等）以减轻人力短缺的影响。“长时间连续运行”这一要求使得机床设备的可
靠性变得尤为重要。机床运行可靠性在某种程度上又与切削加工中的刀具寿命密切相关，
但是目前国内很多企业还是停留在经验层面，即依据操作人员的经验决定刀具的更换时
间，由于制造过程的复杂性和多样性，使得刀具寿命呈现离散分布，结果不少刀具被提前或
滞后更换，从而引起不必要的浪费或造成加工过程中的质量问题。用于自动生产线的数控
机床一般无操作员在设备现场，若刀具严重磨损或断裂时会造成一批产品的报废，势必引
起较大的经济损失，在一定程度上也影响了自动生产线的应用与推广。目前国外进口数控
系统自带的刀具寿命功能依据的是加工工件数量或刀具累计运行时间，即加工工件数量或
累计运行时间达到后才需更换刀具，但是机床加工过程中普遍存在因偶发性因素引起的刀
具断裂与严重磨损等情形。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、使
用方便的一种数控机床主轴负荷的在线检测设备和检测方法，它的设备包括：控制计算机、
交换机、数控机床；计算机和数控机床之间经由交换机采用以太网通信；它的检测方法为：
在计算机上通过Visual Studio.Net环境下应用计算机编程实时监控并记录数控机床加工
运行时的主轴负荷波动数据，绘制主轴负荷曲线图；按照数控程序执行顺序记录并计算每
把刀具正常切削前几个工件时的平均负荷数据与后续工件切削时的主轴负荷进行比较，若
某号刀具的主轴平均负荷超出该刀设定的负荷极值区间则暂停运行中的机床并给出刀具
更换的信息提示。
采用上述结构后，本发明有益效果为：本发明所述的一种数控机床主轴负荷的在
线检测设备和检测方法，它能及时给出刀具使用信息，避免了刀具提前更换造成的浪费，避
免了刀具延迟更换造成的工件质量问题；它立意新颖，适应网络环境下智能制造技术的发
展要求。
附图说明
此处所说明的附图是用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，但
并不构成对本发明的不当限定，在附图中：
图1为发明的原理框图；
图2为机床主轴负荷实时监控软件运行画面；
图3为主轴负荷曲线图绘制的控制流程；
图4为请求刀具更换的信息提示画面。
附图标记说明：
1-控制计算机、2-交换机、3-数控机床、4-以太网。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说
明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本具体实施方式所述的一种数控机床主轴负荷的在线检测设备和检
测方法，它的设备包括：控制计算机1、交换机2、数控机床3；控制计算机1和数控机床3之间
经由交换机2采用以太网4通信。
本具体实施方式所述的一种数控机床主轴负荷的在线检测设备和检测方法，它的
方法为：在计算机上通过Visual Studio.Net环境下应用计算机编程机床主轴负荷实时监
控软件监控并记录数控机床加工运行时的主轴负荷波动数据，绘制主轴负荷曲线图；按照
数控程序执行顺序记录并计算每把刀具正常切削前几个工件时的平均负荷数据与后续工
件切削时的主轴负荷进行比较，若某号刀具的主轴平均负荷超出该刀设定的负荷极值区间
则暂停运行中的机床，并给出刀具更换的信息提示。
进一步地：所述控制计算机配置有以太网接口，安装了WINDOWS XP（或以上）操作
系统，安装了SQL SERVER 2005（或以上）数据库软件，安装了机床主轴负荷实时监控软件。
进一步地：所述数控机床的控制器配置了以太网通信功能与以太网通信接口。
进一步地：所述机床主轴负荷实时监控软件采用Visual Studio环境下的C#语言
开发，应用多线程技术实时读取机床主轴负荷信息并写入SQL SERVER数据库，应用委托技
术与GDI+技术，将主轴负荷信息随时间动态变化的曲线绘制在用户界面上；实时监控软件
采用了运行标志变量（Run_Sign）、停止标志变量（Stop_Sign）与机床状态变量（Run_State）
相结合的方法以决定主轴负荷随时间动态变化曲线的绘制与否。
进一步地：所述机床主轴负荷信息是主轴负载表的信息，相对于主轴额定负荷的
百分数；主轴负荷信息随时间动态变化的曲线水平方向表示主轴负荷大小，垂直方向表示
随着时间的变化。
进一步地：所述运行标志变量、停止标志变量是实时监控软件内部定义的中间变
量；所述机床状态变量是指机床处于：运行、停止、复位的工作状态。
本发明控制计算机软件基于Visual Studio .NET环境，采用C#编程语言开发，后
台数据库为SQL SERVER，软件运行界面如图2所示。编程时，创建了一个实时监控线程，应用
委托技术，将机床状态数据显示在用户主界面的控件上，当前运行的程序段显示在“程序
段”文本框内；同时绘制主轴负荷曲线，其中水平方向表示主轴负荷的大小（相对于主轴额
定负荷的百分数），垂直方向表示时间的变化。图2中左侧竖线为主轴额定负荷线，右侧竖线
为主轴额定负荷的1.5倍处。
本发明还包括主轴负荷曲线图绘制的控制流程（图3）。机床联网后监控软件即能
监控到主轴负荷的变化，但是并非在所有机床状态（运行、停止、复位等）下都需绘制主轴负
荷的曲线图，本发明实现了：机床由复位状态到运行状态时启动主轴负荷曲线图的绘制，按
照数控程序执行顺序计算并记录每把刀具正常切削时的平均负荷数据，与后续工件切削时
的该刀具平均负荷进行比较，若超出设定的负荷上下极值区间则暂停运行中的机床并给出
刀具更换的信息提示（图4）。机床由运行状态切换到复位状态（工件加工完成）时将每把刀
具的平均负荷数据记录到后台数据库中、并将主轴负荷曲线保存为位图文件存放在硬盘指
定目录下。
本发明所述的一种数控机床主轴负荷的在线检测设备和检测方法，它能及时给出
刀具使用信息，避免了刀具提前更换造成的浪费，避免了刀具延迟更换造成的工件质量问
题；它立意新颖，适应网络环境下智能制造技术的发展要求。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、
特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。