CN104483902A - 一种数控机床故障前运行状态数据录像及回放方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控机床故障前运行状态数据录像及回放方法，包括：在数控机床运行之前，在其自身主控单元预设多个通道的运行状态实时监测数据；在加工过程中，利用主控单元将运行状态实时监测数据以不间断的方式采集到其自身的数据缓存区中，同时在机床数控系统的定时任务中对故障触发事件的状态进行判断；当判定发生故障触发事件时，主控单元发出数控系统指令，自动从数据缓存区中将自故障发生时刻之前一定时间周期内的所有运行状态数据均保存到数据备份区，然后按照时间序列的方式予以播放。通过本发明，能够在不添加任何外部设备的情况下，高效、实时和准确地获得全面反映机床故障的运行数据信息，从而便于快捷、全面查找故障源。

Description

一种数控机床故障前运行状态数据录像及回放方法

技术领域

本发明属于数控技术领域，更具体地，涉及一种数控机床故障前运行状态数据录像及回放方法。

背景技术

目前的数控系统发生故障后，通常是采用自诊断系统提供的报警号及文字显示查找故障源。然而，由于故障种类繁多，部分故障无法直接靠数控系统的故障提示找到原因，相应对维修人员提出了更高要求，操作不便而且极大地降低了维修效率。

针对该技术问题，现有技术中已经提出了一些解决方案，例如，宋文学等提出了一种数控机床运行状态远程监测和故障诊断系统(参见“微电机”，2010年第43卷第5期)，其中通过在数控机床上安装传感器获取运行状态信息，同时搭建故障预处理的硬件平台，相应开发出一套基于INTERNET的数控机床运行状态远程监测和故障诊断系统。然而，进一步的研究表明，上述系统需要在数控系统之外独立进行开发，并添加相应的硬件及存储设备，结构复杂，自身的维护成本偏高；尤其是，不能直接在数控机床上进行故障前状态数据的录像及回放，同时难以快速地在故障现场进行故障分析。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种数控机床故障前运行状态数据录像及回放方法，其中通过结合数控机床自身的构造及运行特点，并直接在数控机床上对关键状态数据的类型、存储方式和录像回放方式等方面进行研究和设计，测试表明能够在故障未发生之前即及时建立故障前加工实时数据的机制，同时起到快速、准确地查找故障源的技术效果，因而尤其适用于数控机床之类的应用场合。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种数控机床故障前运行状态数据录像及回放方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)在数控机床运行之前，在其自身所配备的主控单元预设共计16个通道的运行状态实时监测数据，包括：运动轴X、Y、Z轴的指令位置，旋转轴B、C轴的指令位置，运动轴X、Y、Z轴的实际位置，旋转轴B、C轴的实际位置，主轴转速，主轴电流，主轴温度，工作台振动，以及运动轴X、Y轴的跟随误差；

(b)启动数控机床执行加工，并在整个加工过程中，利用所述主控单元直接将上述运行状态实时监测数据以不间断的方式采集到其自身的数据缓存区中；与此同时，在机床数控系统的定时任务中对故障触发事件的状态进行判断，其中当出现下列事件中的至少一种时，判定故障触发，并转入步骤(c)；否则，转入步骤(d)：

机床运动轴X、Y、Z轴出现行程限位；主轴电流产生限位；主轴转速产生限位；驱动电机过流；工作台振动幅度超出阈值；主轴箱温度超出阈值；

(c)利用所述主控单元发出数控系统指令，自动从数据缓存区中将自故障发生时刻之前一定时间周期内、并且涉及上述16通道的所有运行状态数据均保存到数据备份区，然后按照时间序列的方式予以播放，以此方式，将数控机床发生故障之前一段时间的实时监控数据作为故障分析样板，相应得以快速确定数据异常情况及得出故障原因；

(d)在数据缓存区中循环缓存，直至整个数控加工完成。

作为进一步优选地，对于每个通道而言，优选设定有10000个的数据点。

作为进一步优选地，在步骤(a)中，所述运行状态实时监测数据的数据类型优选设定为数控系统内部的指令流数据，或者传感器反馈的基础输入输出开关量。

作为进一步优选地，在步骤(c)中，所述保存到数据备份区中的运行状态数据优选被设定为播放速度可自由调节。

作为进一步优选地，在步骤(c)中，所述保存到数据备份区中的运行状态数据优选被设定为多种数据类型同时播放。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、通过结合数控机床自身的结构及运行特点，并对其关键状态参数的具体类型、存储方式以及故障触发条件等方面进行具体限定，可以在不添加任何外部设备的情况下，充分利用机床自身配备的主控单元来直接执行运行状态数据的录像及回放，而且机床数控系统会自动保留相应设置，不需要在以后的加工过程中进行重复设置，相应显著提高了操作的便利性和适用性；

2、尤其是，本发明中通过对相关数据包括从循环缓存到自动保存的一系列操作，能够高效、实时和准确地获得全面反映机床故障前一定周期的运行数据信息，从而便于快捷、全面查找故障源，并提高故障数据的处理效能。

附图说明

图1是按照本发明的数控机床故障前运行状态数据录像及回放工艺方法的主要流程图；

图2是通过主控单元直接对机床状态数据执行采集和存储的原理图；

图3是利用机床数控系统来对状态数据K执行缓存及录像回放的过程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如同背景技术所分析地，针对现有技术中所存在的各种不足，本发明提供的故障前运行状态数据录像及回放方法可直接集成在机床自身的数控系统上，并且在此过程中由于充分结合数控机床数控机床自身的构造及运行特点，相应构建的数据录像及回放方法可包括如下的设计开发特点，即故障数据类型设置功能、故障数据录像功能、故障数据回放功能等。

具体而言，故障数据类型设置功能是基于机床或设备本身的特点设置需要保存的关键运行状态数据类型，该功能譬如集成在数控系统的设置及显示界面上，在该功能中预设16个通道数据类型设置选项，在选项中使用者可以设置关键运行状态数据，包括：运动轴X、Y、Z轴的指令位置，旋转轴B、C轴的指令位置，运动轴X、Y、Z轴的实际位置，旋转轴B、C轴的实际位置，主轴转速，主轴电流，主轴温度，工作台振动，以及运动轴X、Y轴的跟随误差。而且对于关键状态参数的具体类型、故障触发条件的具体限定可根据机床结构和加工类型进行设定，可以少于系统预设通道数；数控系统会保留相应设置，不需要在以后的加工过程中进行重复设置。

故障触发类型包括：机床运动轴X、Y、Z轴出现行程限位；主轴电流产生限位；主轴转速产生限位；驱动电机过流；工作台振动幅度超出阈值；主轴箱温度超出阈值。在优选实施例中，譬如可通过可编程逻辑控制器梯形图对传感器反馈的信号进行定义，如主轴电流过流，可编程逻辑控制器中对应的继电器动作，梯形图以相应的闭合状态进行表示。

故障数据录像功能是在整个加工过程中，利用机床主控单元将上述运行状态实时监测数据以不间断的方式采集到该主控单元自身的数据缓存区中，同时判断是否触发故障。故障的判定是通过在数控系统的定时任务中，对可编程逻辑控制器梯形图的故障触发事件状态进行判断，当上述所有故障触发条件都不符合判断条件时，运行状态在数据缓存区中循环缓存，直至整个加工完成；而当故障触发条件有一项或多项符合判断条件时(例如，主轴电流对应的梯形图是闭合状态)，利用数控系统指令语句从数据缓存区中将自故障发生时刻之前一定时间周期内、并且涉及上述16通道的所有运行状态数据，譬如每个通道10000个数据点均保存到数据备份区。

故障数据回放功能可集成在数控系统的操作及显示界面上，主要用于将数据备份区中保存的运行状况数据以时间序列的方式在界面进行回放显示。横轴显示时间序列，各个通道数据的按数值大小依次在纵轴上显示，用定时器对显示界面进行刷新，以50ms周期刷新界面，数据点的显示时间间隔为1ms。通过更改数据点的显示时间间隔可以自由地控制显示进度的快慢，例如控制数据点的显示时间间隔为2ms，则显示进度变慢一倍。通过在界面的编辑框中选择，可以使保存的关键运行状态数据按某一通道数据进行回放显示，也可以多种通道数据同时回放显示。

图1是按照本发明的数控机床故障前运行状态数据录像及回放工艺方法的主要流程图。下面将结合图2和图3以某一个通道的状态数据为例，对其缓存及录像回放过程原理进行说明。

本发明中考虑到数控装置的数据缓存区容量有限，数据缓存区中的数据是不间断循环缓存，若当前n时刻没有故障触发，n时刻对应的缓存区中存放旧数据将会被当前运行状态数据覆盖，n+1缓存区中存放旧数据将被下一时刻运行状态数据覆盖，以此类推。若数控机床在n时刻由于未知的原因导致设置的故障触发事件被触发，如图3中所示，此时数控系统立刻将故障前一段时间的运行状态数据(附图1中n+1到m以及0到n)保存到数据备份区中。录像回放时数控系统按时间序列n+1到m以及0到n进行显示。其他状态数据也按照该方式进行缓存和录像回放。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种数控机床故障前运行状态数据录像及回放方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：

(a)在数控机床运行之前，在其自身所配备的主控单元预设共计16个通道的运行状态实时监测数据，包括：运动轴X、Y、Z轴的指令位置，旋转轴B、C轴的指令位置，运动轴X、Y、Z轴的实际位置，旋转轴B、C轴的实际位置，主轴转速，主轴电流，主轴温度，工作台振动，以及运动轴X、Y轴的跟随误差；

(b)启动数控机床执行加工，并在整个加工过程中，利用所述主控单元直接将上述运行状态实时监测数据以不间断的方式采集到其自身的数据缓存区中；与此同时，在机床数控系统的定时任务中对故障触发事件的状态进行判断，其中当出现下列事件中的至少一种时，判定故障触发，并转入步骤(c)；否则，转入步骤(d)：

机床运动轴X、Y、Z轴出现行程限位；主轴电流产生限位；主轴转速产生限位；驱动电机过流；工作台振动幅度超出阈值；主轴箱温度超出阈值；

(c)利用所述主控单元发出数控系统指令，自动从数据缓存区中将自故障发生时刻之前一定时间周期内、并且涉及上述16通道的所有运行状态数据均保存到数据备份区，然后通过数控系统操作显示界面按照时间序列的方式予以播放，以此方式，将数控机床发生故障之前一段时间的实时监控数据作为故障分析样板，相应得以快速确定数据异常情况及得出故障原因；

(d)在数据缓存区中循环缓存，直至整个数控加工完成。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对于每个通道而言，优选设定有10000个的数据点。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(a)中，所述运行状态实时监测数据的数据类型优选设定为数控系统内部的指令流数据，或者传感器反馈的基础输入输出开关量。

4.如权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述保存到数据备份区中的运行状态数据优选被设定为播放速度可自由调节。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在步骤(c)中，所述保存到数据备份区中的运行状态数据优选被设定为多种数据类型同时播放。