CN109765840A - 高档数控机床换刀预测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高档数控机床换刀预测系统，涉及工业自动化技术领域。本发明包括控制系统内部数据开放导出、外加传感器的复合数据采集、以太网和云服务器，外加传感器的复合数据采集包括高档数控机床、M2M控制器、采集单元和OPC客户端，高档数控机床输出端与M2M控制器输入端连接,采集单元包括振动传感器、电流互感器、温度传感器、油压传感器和采集卡，振动传感器、电流互感器、温度传感器和油压传感器分别对高档数控机床进行数据采集，本发明通过采集高档数控机床内部导出参数再加上外加采集单元采集的状态数据，将采集的关键参数进行关联性比对，从而能够精准的预测出换刀的时机，避免加工机床与零件的损坏，便于推广。

Description

高档数控机床换刀预测系统

技术领域

本发明涉及工业自动化技术领域，具体为高档数控机床换刀预测系统。

背景技术

当前数控机床的刀具寿命基本依靠数控系统本身的刀具管理系统来控制，对于每把刀具设置一种额定寿命，刀具每使用一次累加一次使用寿命，到累计使用寿命即将到达额定寿命时就提醒换刀。上述技术方案可能出现两种情况：1.额定寿命过小，明明刀具还可以使用却需要换刀，造成大量的刀具资源浪费；2.额定寿命过大，明明刀具磨损严重已到寿命却还在使用，造成零件加工质量的下降，严重时还可能造成机床主轴的毁损；而且，由于每家刀具供应商、每把刀具的质量可能都不一样，设置一个固定的刀具寿命值都不一定合适；再者，每次切削的零件的材质、硬度、材质的均匀度等又都是千差万别的，每次按照实际加工时间去简单累加也是不合理的，由此就造成刀具实际剩余寿命估算的难度非常大。

现有技术中，主要通过噪声预测、振动预测、设备负载预测和图像识别等功能实现对刀具的检测，可以缓解或部分解决换刀预测的问题，但都存在一定的片面性，有些方法还存在实际实施的难度，难以快速推广应用。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高档数控机床换刀预测系统，通过采集高档数控机床多个关键运行参数，从而通过大数据分析出数据之间的关联性，解决了换刀预测存在片面性的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：高档数控机床换刀预测系统，包括控制系统内部数据开放导出、外加传感器的复合数据采集、以太网和云服务器；

所述外加传感器的复合数据采集包括高档数控机床、M2M控制器、采集单元和OPC客户端，所述高档数控机床输出端与M2M控制器输入端连接；

所述采集单元包括振动传感器、电流互感器、温度传感器、油压传感器和采集卡，所述振动传感器、电流互感器、温度传感器和油压传感器分别对高档数控机床进行数据采集，所述振动传感器、电流互感器、温度传感器和油压传感器输出端均与采集卡输入端连接，所述采集卡输出端与M2M控制器连接；

所述M2M控制器输出端与以太网连接，所述以太网输出端与OPC客户端输入端连接，所述OPC客户端输出端与云服务器连接；

所述控制系统内部数据开放导出包括开发客户端、应用客户端、快速以太网卡和大容量储存装置，所述以太网输出端分别与开发客户端、应用客户端和快速以太网卡的输入端连接；

所述开发客户端输出端与云服务器输入端连接，所述快速以太网卡输出端与大容量储存装置输入端连接。

进一步地，所述高档数控机床与M2M控制器的连接方式为四通道数字输入，所述振动传感器、电流互感器、温度传感器和油压传感器与采集卡的连接方式均为双通道模拟输入。

进一步地，所述高档数控机床内置控制器为FANUC0I-MF型号控制器及以上或是SIEMENS840D型号控制器，所述采集卡为PCI-1713型号采集卡，所述振动传感器型号为ZHJ-2，所述电流互感器的型号为LZZBJ9-10A，所述温度传感器的型号为PT100，所述油压传感器的型号为SY-PG1300D。

进一步地，所述开发客户端用于数据管理和状态监测，所述应用客户端用于绘制图表与远程支持服务。

进一步地，所述大容量储存器为基于RAID4技术的冗余磁盘阵列。

进一步地，所述快速以太网卡为LREC9812AF-2SFP型号万兆PCIE网卡。

本发明具有以下有益效果：

该高档数控机床换刀预测系统，通过采集高档数控机床内部导出参数再加上外加采集单元采集的状态数据，将采集的关键参数进行关联性比对，从而能够全面精准的识别并预测出换刀的时机，避免加工机床与零件的损坏，便于推广。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明高档数控机床换刀预测系统的原理框图；

图2为采集单元的原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：高档数控机床换刀预测系统，包括控制系统内部数据开放导出、外加传感器的复合数据采集、以太网和云服务器，云服务器用于储存采集的数据信息，便于大数据分析；

外加传感器的复合数据采集包括高档数控机床、M2M控制器、采集单元和OPC客户端，高档数控机床输出端与M2M控制器输入端连接；

采集单元包括振动传感器、电流互感器、温度传感器、油压传感器和采集卡，振动传感器、电流互感器、温度传感器和油压传感器分别对高档数控机床进行数据采集，振动传感器、电流互感器、温度传感器和油压传感器输出端均与采集卡输入端连接，采集卡输出端与M2M控制器连接；

M2M控制器输出端与以太网连接，以太网输出端与OPC客户端输入端连接，OPC客户端输出端与云服务器连接；

控制系统内部数据开放导出包括开发客户端、应用客户端、快速以太网卡和大容量储存装置，以太网输出端分别与开发客户端、应用客户端和快速以太网卡的输入端连接；

开发客户端输出端与云服务器输入端连接，快速以太网卡输出端与大容量储存装置输入端连接。

其中，高档数控机床与M2M控制器的连接方式为四通道数字输入，振动传感器、电流互感器、温度传感器和油压传感器与采集卡的连接方式均为双通道模拟输入。

其中，高档数控机床内置控制器为FANUC0I-MF型号控制器及以上或是SIEMENS840D型号控制器，

其中，采集卡为PCI-1713型号采集卡；

其中，振动传感器型号为ZHJ-2；

其中，电流互感器的型号为LZZBJ9-10A；

其中，温度传感器的型号为PT100；

其中，油压传感器的型号为SY-PG1300D。

其中，开发客户端用于数据管理和状态监测，应用客户端用于绘制图表与远程支持服务。

其中，大容量储存器为基于RAID4技术的冗余磁盘阵列，用于预测数据备份。

其中，快速以太网卡为LREC9812AF-2SFP型号万兆PCIE网卡。

其中，高档数控机床的内部数据导出和利用采集单元额外采集的数据种类如下表：

需要说明的是，CNC/PMC数据窗口功能可以通过HSSB或以太网接口在PC和CNC之间完成交换数据和信息共享，它的主要功能包括以下几部分：

CNC：NC控制的伺服轴、主轴相关数据的读写,包括：设备基本运行状态、运行模式、程序号、运行程序内容、绝对坐标、相对坐标、机床坐标、剩余移动量、实际进给、转度、倍率、报警故障信息；

CNC：加工程序相关的操作这些操作包括NC程序的上传/下载、程序校验、查找以及删除。读取CNC程序目录以及通过电脑实现DNC加工；

CNC：读写CNC文件数据这些数据包括刀具偏置、工件坐标系偏置、参数、设定、用户宏程序变量、P-Code宏程序变量以及螺距误差补偿数值；

CNC：读写刀具寿命管理信息；

CNC：读取历史信息记录。包括：操作历史记录和报警历史记录。CNC：读取伺服、主轴数据；

CNC：读写数据服务器、DNC1、DNC2、OSI-Ethernet相关信息；

CNC：读写波形诊断数据；

CNC：读写其他数据。包括：连续工作状态数据、诊断数据、A/D转换数据、报警信息和操作提示信息；

PMC：读写PMC相关数据。包括：G、F、Y、X、A、R、T、C、D地址。

其中，M2M控制器内置支持数控机床运行管理软件MT-LINKi固件，作为互联网与I/O设备的转换，M2M控制器支持CNC机床设备间的数据通信，实现机床设备的显示功能、电机电流信号的输入功能，并且能够将不具备互联网通信功能的CNC设备进行数据通信。对CNC追加外部输出的NC程序，指令方式、刀具补偿偏移量，手机运转状态的各种数据，可以传送到OPC客户端与云服务器的MT-LINKi上。

本实施例的具体应用为：高档数控机床通过四通道的数字输入接口将机床内部数据导出至M2M控制器上，采集单元中各个传感器通过双通道的模拟输入接口将采集的信息传输至采集卡中，采集卡将模拟信息转换成数字信息后传输至M2M控制器中；通过机床内部数据导出再加上采集单元收集的数据将上述表格中的数据种类通过以太网卡传输至OPC客户端中，需要说明的是，表格中的更新周期为数据的采集频率，通过OPC客户端计算分析，得到各个种类数据之间的数据关联；在以后出现类似的关联现象时可通过预测系统发送更换刀具的预测信息；M2M控制器中收集的数据还通过以太网分别传输至快速以太网卡、应用客户端以及开发客户端，快速以太网卡将信息储存至大容量储存装置中用于数据备份；应用客户端利用收集的数据进行统计，绘制图表，并且在机床出现问题时进行远程协助；开发客户端利用应用软件进行数据管理和状态监测，对机床的异常数据进行分析与排查，避免机床发生故障，有利于提高机床工作的稳定性，并且开发客户端与OPC客户端均与云服务器进行数据连接，可以实时更新机床的工作状态信息。

经实践，本实施例的换刀预测准确率在90％以上，可以有效的避免单一方式检测的不准确性，可以为企业节省大量刀具资源最关键时还可以通过软件快速控制机床的加工行为，避免设备、零件的损坏，值得推广。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (5)

1.高档数控机床换刀预测系统，其特征在于：

包括控制系统内部数据开放导出、外加传感器的复合数据采集、以太网和云服务器；

所述外加传感器的复合数据采集包括高档数控机床、M2M控制器、采集单元和OPC客户端，所述高档数控机床输出端与M2M控制器输入端连接；

所述采集单元包括振动传感器、电流互感器、温度传感器、油压传感器和采集卡，所述振动传感器、电流互感器、温度传感器和油压传感器分别对高档数控机床进行数据采集，所述振动传感器、电流互感器、温度传感器和油压传感器输出端均与采集卡输入端连接，所述采集卡输出端与M2M控制器连接；

所述M2M控制器输出端与以太网连接，所述以太网输出端与OPC客户端输入端连接，所述OPC客户端输出端与云服务器连接；

所述控制系统内部数据开放导出包括开发客户端、应用客户端、快速以太网卡和大容量储存装置，所述以太网输出端分别与开发客户端、应用客户端和快速以太网卡的输入端连接；

所述开发客户端输出端与云服务器输入端连接，所述快速以太网卡输出端与大容量储存装置输入端连接。

2.根据权利要求1所述的高档数控机床换刀预测系统，其特征在于，所述高档数控机床与M2M控制器的连接方式为四通道数字输入，所述振动传感器、电流互感器、温度传感器和油压传感器与采集卡的连接方式均为双通道模拟输入。

3.根据权利要求1所述的高档数控机床换刀预测系统，其特征在于，所述高档数控机床内置控制器为FANUC0I-MF型号控制器及以上或是SIEMENS840D型号控制器，所述采集卡为PCI-1713型号采集卡，所述振动传感器型号为ZHJ-2，所述电流互感器的型号为LZZBJ9-10A，所述温度传感器的型号为PT100，所述油压传感器的型号为SY-PG1300D。

4.根据权利要求1所述的高档数控机床换刀预测系统，其特征在于，所述大容量储存器为基于RAID4技术的冗余磁盘阵列。

5.根据权利要求1所述的高档数控机床换刀预测系统，其特征在于，所述快速以太网卡为LREC9812AF-2SFP型号万兆PCIE网卡。