数控机床远程监控与检测系统的功能分析

1.前言

全球化是制造业未来发展的必然趋势,通过网络使制造业相关的生产商、供应商及客户联系在一起。同时对数控机床的生产、加工制造企业的远程监控和服务能力提出了更高的要求。网络化将数控机床的加工、监控、诊断、维修和服务等功能集中于一体,作为制造业的母机,数控机床将成为整个制造网络中的一个节点,最大限度的缩短产品的设计和制造周期,服务和响应时间。

随着计算机、自动控制、传感器等新技术的不断进步,数控机床向高性能、智能化、多功能化、网络化方向发展,目前先进的数控系统均配有完备的远程通信接口和与上位机进行通信的完整协议,这些特点都为实现数控机床的远程访问、操作与监控提供了良好的基础和条件。

2.远程信息传输

数控机床网络通信要求信息传输及时可靠,并具有在线输入、编辑和查询功能。可解决各种数据的共享、管理、存储和传输等问题。同时网络通信模式要求远程控制计算机和数控机床之间可以进行双向通信。

传统的串行通信存在传输距离短(一般在15m范围之内),通信效率低,易受电磁干扰等问题。网络通信模式是通过数控系统内部集成网络通信功能,直接将数控机床连接局域网络。具有传输距离长,异地传输信息,成本低、扩展性和升级性好等优点。

无线网络通信技术通过无线接入点与DNC主服务器及外部Internet连接。不受传输障碍及布线困难等问题的限制,对减少车间布线和简化生产现场环境有着不可替代的灵活性。但其具有抗干扰能力弱、传输稳定性差及建网成本巨大等不稳定因素,对于干扰较小而布线能力困难的加工车间,可以大规模应用无线网络通信。

3.信息采集

利用传感器技术在数控机床上安装各式传感器,如温度传感器、电压传感器、压力传感器、速度传感器、位移传感器及激光传感器用来检测数控机床的运动轴、刀具以及其它床身内机械或电气部件的运行状态,及时地采集数控机床各设备的温度、振动、声音等信息,把检测到的各种状态数据转换成数字信号,当输入信号的变化后,根据不同的状态信息实时记录和监视机床的运行状态。

数控机床的主轴由驱动电压进行控制,不同的驱动电压驱动主轴以不同转速运转,不同的转速代表数控机床不同的工作状态,如低速、高速、怠速等状态。电压传感器采集主轴的驱动电压信号即可判断数控机床的工作状态。

数控机床的滚珠丝杠、导轨、主轴等结构都是由金属材料制成,电机、运动部件摩擦发热以及环境温度等变化,均会对机床运动轴位置产生附加误差,这将直接影响机床的定位精度,从而影响工件的加工精度。温度传感器用来实时监测数控机床是否工作在允许的温度范围内。

影响刀具使用寿命的因素有温度、磨损和振动。当刀具的磨损或振动超过某个标准,利用刀具外置的传感器检测报警,并提示相应的报警信息。

利用视频技术在数控机床工作站内安装高清摄像头,显示机床加工状态图像,并进行传输和保存。操作者可以全面了解数控机床的运行情况,为远程监测提供了直观的可视环境。有利于远程故障诊断和解决方案的及时反馈。

4.远程控制

数控机床自身是带有编码器和光栅尺等检测元件的闭环控制系统,但还是需要人工操作和管理的设备,应用数控机床远程监控系统就可以减少人工的干预,利用先进的计算机技术来管理和控制设备的运行。

远程监控系统利用传感器通过网络采集和分析数控机床的加工状态信息,对数控机床的工作状态进行实时监控和管理,可以完成一系列如远程发送NC程序、控制指令,模拟数控机床的加工状态,显示动态刀具轨迹等功能。通过网络与异地的生产、设计研发或机床厂家等部门连接,远程计算机连接企业服务器,直接控制或访问现场的数控机床,完成生产任务的下达和上报、统计等工作。调用存储在本地计算机数据库中与数控机床相关的信息,监控机床的运行状态,如加工、待机或停机状态,以及处于各种状态的时间。统计机床加工零件的数量、时间、加工次数等各类加工生产数据。通过分析可以得到产品的质量数据统计,包括产品产量、库存、生产率及废品率的数据,得出设备工况、故障报告等信息。

利用无线网络技术,管理者通过手机等移动终端设备,实时显示产品所处的运行状态。及时了解设计、工艺、生产等产品的流程,掌握生产和管理中出现的各种问题,并快速提出解决方案。无论在任何地点,都可以知道操作数控机床的工人在做什么,做了多少工作。

5.远程故障诊断及维修

数控机床的自动化和复杂程度越来越高,维修成本也相应增加,停机时损失巨大。远程故障诊断技术使维修人员通过网络在虚拟到场的情况下对数控机床进行远程在线故障诊断及处理,当机床出现故障时,自动智能报警,显示故障发生的具体部位,并给出故障信息提示。保证数控机床处于良好的工作状态,减少故障停机时间。同时实现提前预警,用户还没发现故障时,服务人员就已经到现场解决问题了。这样既简化维修流程,缩短设备维修的响应时间,又提高故障诊断的效率和数控机床的使用寿命。

通过建立数控机床故障数据库,把数控机床所发生的故障形成历史记录,保存机床参数、刀补参数、螺距补偿、工件坐标等,文件为后续使用和维护提供依据。另外,为防止数控机床信息丢失,实时对数控机床的状态信息如数控系统参数、PLC的I/O状态数据、伺服和主轴相关数据、波形诊断数据、报警信息或系统识别等信息进行备份,对NC程序的调用和保存进行统一规范的管理。当出现参数丢失或被意外更改等故障时,通过网络重置参数,解决手工恢复量太大,速度慢、效率低的问题。

网络化是制造业未来发展的必然趋势,但某些类别数控机床的使用在整个生产工艺流程中具有特殊性,如单件生产或首件试切,一些特种加工机床,如电加工机床或磨、锯床等,其生产工艺较简单,易受生产条件限制,不适于网络监控管理。

6.结论

数控机床远程监控改变了传统的生产管理模式,对生产现场实现远程监控和无人化管理。提高程序传输效率和设备使用率,节约生产准备时间。规范车间加工管理流程,统一规划企业中的生产、设计和售后服务等部门,真正实现了数字化车间的生产管理。对数控机床产业整体技术水平和企业核心竞争力的加强有重要意义,具有良好的应用前景。

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