CN110989498A - 一种数控机床监控系统 - Google Patents

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丁国智
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Abstract

一种数控机床监控系统，包括设于机床上用于监测机床零部件状态的检测单元、用于数据管理的云端；所述云端预存有机床日常保养项目及故障诊断的所有设定数据，所述检测单元将检测到的机床零部件的状态信息传递给云端，云端通过检测单元获取的机床零部件的实际数据与预存的设定数据比对识别出结果，结果通过显示终端显示，实现数控机床的维护保养与故障诊断。所述云端用于保存多台数控机床的健康状态的数据，实现多台数控机床的远程监控。由于构建了云端，将检测到的数据上传到云端，云端保留工厂内的接入云端的所有的机床健康状态信息。利用无线或者蓝牙技术，将终端如手机，电脑等，链接到云端。

Description

一种数控机床监控系统
技术领域
本发明涉机床保养与健康保障相关领域，具体涉及一种数控机床监控系统。
背景技术
由于数控机床结构复杂、系统智能、故障多样，一旦发生故障，故障维修难度大大增加，从而导致故障维修周期和维修费用增加，故障造成的损失也在增大。此外，由于维修时机不恰当所造成的维修浪费都可能造成设备故障频发，影响机床的使用寿命，对企业造成巨大的经济损失。对数控机床开展状态监测、进行预防性维修是提高数控机床安全性、可靠性，减少企业经济损失的重要措施。
对数控机床的状态进行监测可以正确掌握分析机床当前的运行状态，为机床的整体维护和工作计划的实施提供指导依据，保证设备的安全运行和合理使用。同时，通过状态监测掌握设备发生故障之前的异常征兆与劣化信息，采取针对性预防维修策略，从而减少故障停机时间，降低维修成本，减少停机损失。
目前对机床的健康保障，在实际工厂生产中，传统主要对机床进行人工定期维护的方式实现数控机床的定期保养。此种方式主要带来以下问题。
1.人工定期维护需要对数控机床做定期体检。这种体检都通常都是操作工人，通过查看的方式观测机床各个部位，执行效果好坏完全因人而异，而且大都没有历史记录。同时，对车间内的数控机床进行定期体检保，耗费大量的人力，物力。而且，对于管理者来说，不便于管理。
2、人工定期维护是纯外观检测。由于人工定期维护只是维修工人单纯的对机床做定期维护，没有对机床进行性能数据分析。故不能根据机床实际情况制定维修策略，缺乏针对性，存在人力资源与物力资源浪费的情况。同时，由于没有对机床进行监控管理，带来机床的管理能力薄弱问题。
发明内容
针对传统的机床健康保养存在操作繁琐，缺乏针对性维护，同时有管理薄弱的问题，本发明提供的一种数控机床监控系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种数控机床监控系统，包括设于机床上用于监测机床零部件状态的检测单元、用于数据管理的云端；
所述云端预存有机床日常保养项目及故障诊断的所有设定数据，
所述检测单元将检测到的机床零部件的状态信息传递给云端，云端通过检测单元获取的机床零部件的实际数据与预存的设定数据比对识别出结果，结果通过显示终端显示，实现数控机床的维护保养与故障诊断。
优选地，所述检测单元包括间接信号检测单元，所述间接信号检测单元用于检测数控机床中多因素影响的零部件的信号；
所述间接信号检测单元包括数控系统、设于机床上的辅助传感器，检测时，所述间接信号检测单元采用数控系统获取零部件的信号、和/或数控系统与外加辅助传感器结合获取零部件信号，获取的多种信号进行用量统计，分析处理后的结果显示在数控系统端的显示界面，实现对数控机床的状态监测。
优选地，所述检测单元还包括直接信号检测单元；所述直接信号检测单元用于检测通过数控系统宏程序命令和机床PLC能够产生信号的部件；
所述直接信号检测单元包括设于机床上的直接检测传感器，直接检测传感器检测到对应零部件的信号通过采集模块直接回去，获取的数据写入数控系统端的主机，并将运行状态显示在数控机床的显示界面；按用户设定对部件状态的异常进行通告及报警，提醒用户进行设备维护、保养。
优选地，所述数控系统包括由数控系统自身数据及通过辅助传感器获取的数控系统二次大数据形成的数控系统基本数据库。
优选地，在机床在维护时，使用量统计方法在数控系统基本数据库中统计零部件的使用量来度量零部件的使用寿命，在零部件健康指数出现明显变化之前，提前预警。
优选地，在机床故障诊断时，采用特征提取算法实时从数控系统基本数据库中提取机床零部件的工作数据，得出机床的健康指数，通过健康指数的变化，预判故障。
优选地，所述云端用于保存多台数控机床的健康状态的数据，实现多台数控机床的远程监控。
优选地，所述直接检测传感器包括用于检测机床电池寿命、风扇寿命的寿命检测传感器。
优选地，所述辅助传感器包括用于检测主轴轴承故障的振动传感器、用于检测进给轴轴承故障的故障检测传感器。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1、利用外部传感器或数控系统收集反映机床信息的数据，使用数据采集系统对数控机床的状态数据进行采集并汇总整理，并以表格或者其他形式在数控系统中显示，便于操作工人实时查看机床的相关状态信息，便于指定合适的维护的策略。对于车间中多台数控机床的监控，构建了数控系统云端，将数控系统中的有关数控机床的状态信息上传到云端，在数控系统云端中，保存多台数控机床健康状态的数据。将常用的终端如手机，电脑等，链接到该数控系统云端。通过此种方式，实现机床设备的远程监控。同时，由于在手机或者电脑终端可以查看到车间内链接到云端的机床设备的信息，便于工作人员管理大量的机床设备。相比较于传统方式，更加系统化，规范化；
2、机床的健康状态由机床部件的健康状态构成，通过对机床部件健康状态的监控，实现对机床健康状态的监控。利用相关传感器对机床相关部件进行数据采集，利用数控系统实现机床相关信息的收集。收集的数据中能反映机床部件的健康状态，通过的数据的后置处理，分析，判断机床的状态，实现机床的及时保养；
3、通过对收集的数据进行处理，将处理的结果显示在数控系统端的界面上，清晰直观的看到机床的健康状态信息，便于车间内的工作人员管理机床；
4、在每台机床的数控系统端的界面，能看到本台机床的健康状态信息。对于监控管理工厂车间内的多台机床，利用此种方式有些捉襟见肘。通过构建工厂的数控云端，将数控系统中存储本台机床的健康状态信息上传到数控系统云端。由于云端的存储容量较大，可以将工厂内多台机床的健康状态信息汇总到云端；
5、在云端存储大量的反映机床健康状态的数据信息，这些数据对于机床管理人员具有很高的价值。利用无线技术，将云端与生活中常用的终端链接起来。管理人员可以在终端设备上查看多台机床的健康状态信息，便于机床的远程监控，实现机床的及时的常规保养，避免故障的发生；
6、利用数据采集系统对数控机床的状态数据进行采集，对其处理，分析，将结果显示在数控系统端的界面上并上传到云端。管理人员通过显示界面或者相关终端信息可以采取合理的管理、保养维护，从而保障机床稳定、可靠地运行。
说明书附图：
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的流程示意图；
图3为本发明检测单元的原理框图；
图4为本发明机床维护方法的流程图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：
参见图1-4，本发明提供如下实施例：
一种数控机床监控系统，包括设于机床上用于监测机床零部件状态的检测单元、用于数据管理的云端；所述云端预存有机床日常保养项目及故障诊断的所有设定数据，机床日常保养项目按照保养时间进行细化分类，分别为每日保养项目、每半年保养项目、每年保养项目、不定期保养项目，在正常生产加工过程中，执行这些常规保养项目，将结果保存在数控系统与云端，并将结果显示出来，供后续调用查看。
所述检测单元将检测到的机床零部件的状态信息传递给云端，云端通过检测单元获取的机床零部件的实际数据与预存的设定数据比对识别出结果，结果通过显示终端显示，实现数控机床的维护保养与故障诊断。所述云端用于保存多台数控机床的健康状态的数据，实现多台数控机床的远程监控。由于构建了云端，将检测到的数据上传到云端，云端保留工厂内的接入云端的所有的机床健康状态信息。利用无线或者蓝牙技术，将终端如手机，电脑等，链接到云端。如图中所示，通过终端可以查看接入到云端设备的健康状态信息，起到远程监测的作用。本发明在云端存储大量的反映机床健康状态的数据信息，这些数据对于机床管理人员具有很高的价值。利用无线技术，将云端与生活中常用的终端链接起来。管理人员可以在终端设备上查看多台机床的健康状态信息，便于机床的远程监控，实现机床的及时的常规保养，避免故障的发生。在每台机床的数控系统端的界面，能看到本台机床的健康状态信息；对于监控管理工厂车间内的多台机床，利用此种方式有些捉襟见肘。通过构建工厂的数控云端，将数控系统中存储本台机床的健康状态信息上传到云端。由于云端的存储容量较大，可以将工厂内多台机床的健康状态信息汇总到云端。
所述检测单元包括间接信号检测单元、直接信号检测单元；所述间接信号检测单元用于检测数控机床中多因素影响的零部件的信号，所述间接信号检测单元包括数控系统、设于机床上的辅助传感器，检测时，所述间接信号检测单元采用数控系统获取零部件的信号、和/或数控系统与外加辅助传感器结合获取零部件信号，获取的多种信号进行用量统计，分析处理后的结果显示在数控系统端的显示界面，实现对数控机床的状态监测。本发明中间接信号检测单元是针对数控机床中多因素影响的部件，不能通过单一信号获得健康状态信息，需要通过对获取的多种信号进行用量统计，进而才能实现对对应零部件的状态监测。间接信号检测路线:由数控系统获取用量统计所需要零部件的信号，比如刀库、伺服电机、丝杠导轨的信号由数控系统直接获取；主轴轴承、进给轴轴承上分别设有用于检测轴承故障的辅助传感器，辅助传感器将检测到的信号发送到数控系统，由数控系统借助辅助传感器获得信号；数控系统对获得的信号进行用量统计，把分析处理的结果显示在数控系统端的人机交互界面，实现对数控机床状态的监测。
使用量统计方法主要是针对机床的维保，解决提高各功能部件的剩余寿命的问题。统计刀具的使用量来度量刀具的使用寿命，从而在刀具寿命晚期到来之前，即健康保障中的健康指数出现明显变化趋势之前，实现超前预警，大大降低了机床因为刀具(或者其他部件)故障而产生损失的风险。所述数控系统包括由数控系统自身数据及通过辅助传感器获取的数控系统二次大数据形成的数控系统基本数据库；所述机床在维护时，采用使用量统计方法和实时监测特征的方法，使用量统计方法主要用于机床零部件的维护保养，通过统计零部件的使用量来度量零部件的使用寿命，在零部件健康指数出现明显变化之前，提前预警；实时监测特征的方法，采用特征提取算法实时从数控系统基本数据库中提取机床零部件的工作数据，得出机床的健康指数，通过健康指数的变化，预判故障。
所述直接信号检测单元用于检测通过数控系统宏程序命令和机床PLC能够产生信号的部件；所述直接信号检测单元包括设于机床上的直接检测传感器，直接检测传感器检测到对应零部件的信号通过采集模块直接获取，获取的数据写入数控系统端的主机，并将运行状态显示在数控机床的显示界面；按用户设定对部件状态的异常进行通告及报警，提醒用户进行设备维护、保养。本发明直接信号检测是针对数控机床的状态信息的信号直接获得，信号与机床的状态的关系是一一对应，不受其他因素或受其他因素影响很小。比如，电池电压检测，通过直接检测传感器发送信号，直接检测传感器发送的信号可直接判断电池的状态。
直接信号检测对数控机床本身没有信号产生的零部件设置直接检测传感器，数控系统端服务器直接采集获取直接检测传感器检测到的数据。通过数控系统宏程序命令和机床PLC能够产生信号的部件，数控系统端服务器直接采集获取；获取到的数据写入数控系统端的主机，将数控机床的工作运行状态显示在显示界面，进行维修信息管理；可按用户的设定对部件状态的异常进行通告及报警，提醒用户进行设备维护、保养。
实时的特征监测方法，主要面向故障诊断，解决“短期故障”问题。故障诊断的区别在于，通过实时的监测机床的工作数据，得出机床的健康指数(即经过提取的特征数据)，通过健康指数的变化，可以预测一些将要发生的故障。比如在断刀检测中，在数据上升段，就是一个明显异常段，可以预测出之后机床可能发生故障。而故障诊断，在发生在机床断刀之后，检测到数据由高点变为地点这一突降过程，而判断出机床发生断刀情况，给出断刀报警。
利用传感器或数控系统收集反映机床信息的数据，使用数据采集模块对数控机床的状态数据进行采集并汇总整理，并以表格或者其他形式在数控系统中显示，便于操作工人实时查看机床的相关状态信息，便于指定合适的维护的策略。对于车间中多台数控机床的监控，构建了数控系统云端，将数控系统中的有关数控机床的状态信息上传到云端，在数控系统云端中，保存多台数控机床健康状态的数据。将常用的终端如手机，电脑等，链接到该数控系统云端。通过此种方式，实现机床设备的远程监控。同时，由于在手机或者电脑终端可以查看到车间内链接到云端的机床设备的信息，便于工作人员管理大量的机床设备。相比较于传统方式，更加系统化，规范化。
每日保养项目的部位有：机床液压系统，油箱、液压泵无异常噪声，压力指示正常，管路及各接头无泄露工作油面高度正常；
压缩空气气源压力，检查气动控制系统压力表；
导轨润滑油箱，检查油标、油量，及时添加润滑油，润滑泵能定时启动打油及停止；
主轴润滑恒温油箱，工作正常，油量充足并调节温度范围；
切削液箱，检查切削液水位是否在正常水位线上。检查切削液过滤网是否阻塞；
气液转换器和增压器油面，检查油量，不足时及时添加补油；
X、Y、Z轴向导轨面，检查润滑油是否充分，导轨面有无滑伤损坏；
各坐标系轴进行超限位试验，按限位开关确认一下是否出现超程报警，或检查相应的I/O接口信号是否变化。
每半年保养项目部位有：滚珠丝杠、液压油路、主轴润滑恒温油箱；
滚珠丝杠，清洗丝杠上的旧润滑脂，涂上新油脂；
液压油路，清洗溢流阀、减压阀、虑油器，清洗油箱底，更换或过滤液压油；
主轴润滑恒温油箱，清洗过滤器，更换润滑脂。
每年保养项目的部位有：存储器电池、电动机系统、润滑液压泵、滤油器清洗；
存储器电池，一般的情况下，即使电池尚未失效，也应每年更换一次，以确保系统能正常工作。电池的更换应在数控装置通电状态下进行，以防更换时RAM内信息丢失；
电动机系统，对直流电动机定期进行电刷和换向器检查、清洗和更换，若换向器表面脏，应用白布沾酒精予以清洗；若表面粗糙，用细金相砂纸予以修整；若电刷长度为10mm以下时，予以更换，并应跑合后才能使用；
润滑液压泵、滤油器清洗，清洗润滑液压泵，更换虑油器。
不定期保养项目的部位有：冷却水箱、清理废油池、排屑器、检查各轴导轨上镶条、压滚轮松紧状态；
冷却水箱，检査液面高度，冷却夜太脏时需要更换并猜理水箱底部，经常清洗过滤器；
清理废油池，及时取走油池中废油，以免外溢；
排屑器，经常清理切屑，检查有无卡住等；
检查各轴导轨上镶条、压滚轮松紧状态，按机床说明书。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种数控机床监控系统，其特征在于：包括设于机床上用于监测机床零部件状态的检测单元、用于数据管理的云端；
所述云端预存有机床日常保养项目及故障诊断的所有设定数据，
所述检测单元将检测到的机床零部件的状态信息传递给云端，云端通过检测单元获取的机床零部件的实际数据与预存的设定数据比对识别出结果，结果通过显示终端显示，实现数控机床的维护保养与故障诊断。
2.根据权利要求1所述的一种数控机床监控系统，其特征在于：所述检测单元包括间接信号检测单元，所述间接信号检测单元用于检测数控机床中多因素影响的零部件的信号；
所述间接信号检测单元包括数控系统、设于机床上的辅助传感器，检测时，所述间接信号检测单元采用数控系统获取零部件的信号、和/或数控系统与外加辅助传感器结合获取零部件信号，获取的多种信号进行用量统计，分析处理后的结果显示在数控系统端的显示界面，实现对数控机床的状态监测。
3.根据权利要求2所述的一种数控机床监控系统，其特征在于：所述检测单元还包括
直接信号检测单元；所述直接信号检测单元用于检测通过数控系统宏程序命令和机床PLC能够产生信号的部件；
所述直接信号检测单元包括设于机床上的直接检测传感器，直接检测传感器检测到对应零部件的信号通过采集模块直接回去，获取的数据写入数控系统端的主机，并将运行状态显示在数控机床的显示界面；按用户设定对部件状态的异常进行通告及报警，提醒用户进行设备维护、保养。
4.根据权利要求1所述的一种数控机床监控系统，其特征在于：所述数控系统包括由数控系统自身数据及通过辅助传感器获取的数控系统二次大数据形成的数控系统基本数据库。
5.根据权利要求4所述的一种数控机床监控系统，其特征在于：
在机床在维护时，使用量统计方法在数控系统基本数据库中统计零部件的使用量来度量零部件的使用寿命，在零部件健康指数出现明显变化之前，提前预警。
6.根据权利要求4所述的一种数控机床监控系统，其特征在于：
在机床故障诊断时，采用特征提取算法实时从数控系统基本数据库中提取机床零部件的工作数据，得出机床的健康指数，通过健康指数的变化，预判故障。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种数控机床监控系统，其特征在于：所述云端用于保存多台数控机床的健康状态的数据，实现多台数控机床的远程监控。
8.根据权利要求3-6任意一项所述的一种数控机床监控系统，其特征在于：所述直接检测传感器包括用于检测机床电池寿命、风扇寿命的寿命检测传感器。
9.根据权利要求2-6任意一项所述的一种数控机床监控系统，其特征在于：所述辅助传感器包括用于检测主轴轴承故障的振动传感器、用于检测进给轴轴承故障的故障检测传感器。
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