數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程監(jiān)控與檢測(cè)系統(tǒng)的功能分析

1、數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程監(jiān)控與檢測(cè)系統(tǒng)的功能分析    【摘要】數(shù)控機(jī)床以網(wǎng)絡(luò)通信為基礎(chǔ)，利用視頻、傳感器等監(jiān)控技術(shù)，實(shí)時(shí)采集數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)，遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)控機(jī)床的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷。并對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控進(jìn)行了理論分析。 【關(guān)鍵詞】數(shù)控機(jī)床；遠(yuǎn)程監(jiān)控；檢測(cè)；網(wǎng)絡(luò) 1.前言 全球化是制造業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)使制造業(yè)相關(guān)的生產(chǎn)商、供應(yīng)商及客戶聯(lián)系在一起。同時(shí)對(duì)數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)、加工制造企業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)控和服務(wù)能力提出了更高的要求。網(wǎng)絡(luò)化將數(shù)控機(jī)床的加工、監(jiān)控、診斷、維修和服務(wù)等功能集中于一體，作為制造業(yè)的母機(jī)，數(shù)控機(jī)床將成為整個(gè)制造網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大

2、限度的縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和制造周期，服務(wù)和響應(yīng)時(shí)間。 隨著計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制、傳感器等新技術(shù)的不斷進(jìn)步，數(shù)控機(jī)床向高性能、智能化、多功能化、網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，目前先進(jìn)的數(shù)控系統(tǒng)均配有完備的遠(yuǎn)程通信接口和與上位機(jī)進(jìn)行通信的完整協(xié)議，這些特點(diǎn)都為實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的遠(yuǎn)程訪問(wèn)、操作與監(jiān)控提供了良好的基礎(chǔ)和條件。 2.遠(yuǎn)程信息傳輸 數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)通信要求信息傳輸及時(shí)可靠，并具有在線輸入、編輯和查詢功能?？山鉀Q各種數(shù)據(jù)的共享、管理、存儲(chǔ)和傳輸?shù)葐?wèn)題。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)通信模式要求遠(yuǎn)程控制計(jì)算機(jī)和數(shù)控機(jī)床之間可以進(jìn)行雙向通信。 傳統(tǒng)的串行通信存在傳輸距離短（一般在15m范圍之內(nèi)），通信效率低，易受電磁干擾等問(wèn)題。網(wǎng)絡(luò)通信模式是通過(guò)

3、數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部集成網(wǎng)絡(luò)通信功能，直接將數(shù)控機(jī)床連接局域網(wǎng)絡(luò)。具有傳輸距離長(zhǎng)，異地傳輸信息，成本低、擴(kuò)展性和升級(jí)性好等優(yōu)點(diǎn)。 無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)通過(guò)無(wú)線接入點(diǎn)與DNC主服務(wù)器及外部Internet連接。不受傳輸障礙及布線困難等問(wèn)題的限制，對(duì)減少車間布線和簡(jiǎn)化生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有著不可替代的靈活性。但其具有抗干擾能力弱、傳輸穩(wěn)定性差及建網(wǎng)成本巨大等不穩(wěn)定因素，對(duì)于干擾較小而布線能力困難的加工車間，可以大規(guī)模應(yīng)用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信。 3.信息采集 利用傳感器技術(shù)在數(shù)控機(jī)床上安裝各式傳感器，如溫度傳感器、電壓傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、位移傳感器及激光傳感器用來(lái)檢測(cè)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動(dòng)軸、刀具以及其它床身內(nèi)機(jī)械或電氣部

4、件的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)地采集數(shù)控機(jī)床各設(shè)備的溫度、振動(dòng)、聲音等信息，把檢測(cè)到的各種狀態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，當(dāng)輸入信號(hào)的變化后，根據(jù)不同的狀態(tài)信息實(shí)時(shí)記錄和監(jiān)視機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)。 數(shù)控機(jī)床的主軸由驅(qū)動(dòng)電壓進(jìn)行控制，不同的驅(qū)動(dòng)電壓驅(qū)動(dòng)主軸以不同轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，不同的轉(zhuǎn)速代表數(shù)控機(jī)床不同的工作狀態(tài)，如低速、高速、怠速等狀態(tài)。電壓傳感器采集主軸的驅(qū)動(dòng)電壓信號(hào)即可判斷數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)。 數(shù)控機(jī)床的滾珠絲杠、導(dǎo)軌、主軸等結(jié)構(gòu)都是由金屬材料制成，電機(jī)、運(yùn)動(dòng)部件摩擦發(fā)熱以及環(huán)境溫度等變化，均會(huì)對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)軸位置產(chǎn)生附加誤差，這將直接影響機(jī)床的定位精度，從而影響工件的加工精度。溫度傳感器用來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)控機(jī)床是否工作在允許的

5、溫度范圍內(nèi)。 影響刀具使用壽命的因素有溫度、磨損和振動(dòng)。當(dāng)?shù)毒叩哪p或振動(dòng)超過(guò)某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，利用刀具外置的傳感器檢測(cè)報(bào)警，并提示相應(yīng)的報(bào)警信息。 利用視頻技術(shù)在數(shù)控機(jī)床工作站內(nèi)安裝高清攝像頭，顯示機(jī)床加工狀態(tài)圖像，并進(jìn)行傳輸和保存。操作者可以全面了解數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行情況，為遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)提供了直觀的可視環(huán)境。有利于遠(yuǎn)程故障診斷和解決方案的及時(shí)反饋。 4.遠(yuǎn)程控制 數(shù)控機(jī)床自身是帶有編碼器和光柵尺等檢測(cè)元件的閉環(huán)控制系統(tǒng)，但還是需要人工操作和管理的設(shè)備，應(yīng)用數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)就可以減少人工的干預(yù)，利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)管理和控制設(shè)備的運(yùn)行。 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)利用傳感器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)采集和分析數(shù)控機(jī)床的加工狀態(tài)信息，

6、對(duì)數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和管理，可以完成一系列如遠(yuǎn)程發(fā)送NC程序、控制指令，模擬數(shù)控機(jī)床的加工狀態(tài)，顯示動(dòng)態(tài)刀具軌跡等功能。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與異地的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)研發(fā)或機(jī)床廠家等部門連接，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)連接企業(yè)服務(wù)器，直接控制或訪問(wèn)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)控機(jī)床，完成生產(chǎn)任務(wù)的下達(dá)和上報(bào)、統(tǒng)計(jì)等工作。調(diào)用存儲(chǔ)在本地計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)中與數(shù)控機(jī)床相關(guān)的信息，監(jiān)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)，如加工、待機(jī)或停機(jī)狀態(tài)，以及處于各種狀態(tài)的時(shí)間。統(tǒng)計(jì)機(jī)床加工零件的數(shù)量、時(shí)間、加工次數(shù)等各類加工生產(chǎn)數(shù)據(jù)。通過(guò)分析可以得到產(chǎn)品的質(zhì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，包括產(chǎn)品產(chǎn)量、庫(kù)存、生產(chǎn)率及廢品率的數(shù)據(jù)，得出設(shè)備工況、故障報(bào)告等信息。 利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，管理者通過(guò)手機(jī)等移

7、動(dòng)終端設(shè)備，實(shí)時(shí)顯示產(chǎn)品所處的運(yùn)行狀態(tài)。及時(shí)了解設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)等產(chǎn)品的流程，掌握生產(chǎn)和管理中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，并快速提出解決方案。無(wú)論在任何地點(diǎn)，都可以知道操作數(shù)控機(jī)床的工人在做什么，做了多少工作。 5.遠(yuǎn)程故障診斷及維修 數(shù)控機(jī)床的自動(dòng)化和復(fù)雜程度越來(lái)越高，維修成本也相應(yīng)增加，停機(jī)時(shí)損失巨大。遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)使維修人員通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在虛擬到場(chǎng)的情況下對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行遠(yuǎn)程在線故障診斷及處理，當(dāng)機(jī)床出現(xiàn)故障時(shí)，自動(dòng)智能報(bào)警，顯示故障發(fā)生的具體部位，并給出故障信息提示。保證數(shù)控機(jī)床處于良好的工作狀態(tài)，減少故障停機(jī)時(shí)間。同時(shí)實(shí)現(xiàn)提前預(yù)警，用戶還沒(méi)發(fā)現(xiàn)故障時(shí)，服務(wù)人員就已經(jīng)到現(xiàn)場(chǎng)解決問(wèn)題了。這樣既簡(jiǎn)化維修流程

8、，縮短設(shè)備維修的響應(yīng)時(shí)間，又提高故障診斷的效率和數(shù)控機(jī)床的使用壽命。 通過(guò)建立數(shù)控機(jī)床故障數(shù)據(jù)庫(kù)，把數(shù)控機(jī)床所發(fā)生的故障形成歷史記錄，保存機(jī)床參數(shù)、刀補(bǔ)參數(shù)、螺距補(bǔ)償、工件坐標(biāo)等，文件為后續(xù)使用和維護(hù)提供依據(jù)。另外，為防止數(shù)控機(jī)床信息丟失，實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)控機(jī)床的狀態(tài)信息如數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)、PLC的I/O狀態(tài)數(shù)據(jù)、伺服和主軸相關(guān)數(shù)據(jù)、波形診斷數(shù)據(jù)、報(bào)警信息或系統(tǒng)識(shí)別等信息進(jìn)行備份，對(duì)NC程序的調(diào)用和保存進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)范的管理。當(dāng)出現(xiàn)參數(shù)丟失或被意外更改等故障時(shí)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)重置參數(shù)，解決手工恢復(fù)量太大，速度慢、效率低的問(wèn)題。 網(wǎng)絡(luò)化是制造業(yè)未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，但某些類別數(shù)控機(jī)床的使用在整個(gè)生產(chǎn)工藝流程中具有特殊性

9、，如單件生產(chǎn)或首件試切，一些特種加工機(jī)床，如電加工機(jī)床或磨、鋸床等，其生產(chǎn)工藝較簡(jiǎn)單，易受生產(chǎn)條件限制，不適于網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控管理。 6.結(jié)論 數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程監(jiān)控改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理模式，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和無(wú)人化管理。提高程序傳輸效率和設(shè)備使用率，節(jié)約生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。規(guī)范車間加工管理流程，統(tǒng)一規(guī)劃企業(yè)中的生產(chǎn)、設(shè)計(jì)和售后服務(wù)等部門，真正實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化車間的生產(chǎn)管理。對(duì)數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)整體技術(shù)水平和企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的加強(qiáng)有重要意義，具有良好的應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn) 1吳孜越，仲志丹，張洛平.XML在數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)中的應(yīng)用J.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2006（8）. 2許振偉.基于Internet的數(shù)控機(jī)床遠(yuǎn)程控制J.機(jī)床與液壓，2006，5. 3孫從科，陳淳輝.數(shù)控機(jī)床網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)J.機(jī)械制造與研究，2008，37（3）. 4楊延清等.DNC網(wǎng)絡(luò)體系的設(shè)計(jì)與構(gòu)建J.現(xiàn)代制造工程，2011，12：60-64. 5尚建新生產(chǎn)車間異構(gòu)數(shù)控機(jī)床DNC系統(tǒng)設(shè)想J