CN116300688A - 数控机床数据采集、储存与应用的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种数控机床数据采集、储存与应用的方法，所属加工中心机床技术领域，包括数控机床数据采集方法：在机床上安装振动传感器、噪声传感器、交变电流变送器、交变电压变送器，通过串口通信技术，获取各类传感器实时采集的数据。数控机床数据储存方法：包括实时数据和信息经过软件数据处理，在工控机和数控机床控制器的人机界面上进行实时显示，实现数据本地存储至工控机后台的检测与监控***数据库中；或物联网智能网关通过以太网上传到网络云平台服务器，实现数据云存储和云计算，其云存储数据通过PC端或移动终端的软件进行展示。解决了机床零件加工过程对振动、噪音、主轴电机输出功率和扭矩关键工艺指标数据的实时自动采集。
Description
技术领域
本发明涉及加工中心机床技术领域，具体涉及一种数控机床数据采集、储存与应用的方法。
背景技术
智能机床是先进制造技术、信息技术和智能技术的集成与深度融合的产物，是数控机床发展的高级形态。目前技术先进国家在机床监控、测量、补偿、诊断、加工优化等智能化技术的突破，为智能机床的发展提供了技术基础。随着科技不断创新，智能机床作为工业互联网智能终端，将成为智能生产***的关键加工设备和重要环节。
在零件加工中机床运行过程的振动数据、噪音数据、电机输出功率数据，直接关系着零件加工工艺是否设置合理的关键指标。现有技术大多是外置检测仪器来测量获取振动、噪音、电机功率数据，一来采购这些检测仪器成本较高，二来没能跟机床做一体化设计，不便于大范围推广。本发明将零件加工工艺所需关键指标数据机床振动、噪音、电机输出功率、扭矩，通过在机床布置安装振动传感器、噪音传感器、功率检测器进行数据采集和存储，并将采集获取的数据进行分析处理后，给用户展示实时数据值和曲线图和数据查询及管理，用户可以此为参考合理优化零件加工工艺，提升零件加工效率，最大限度发挥机床性能，为用户创造效益最大化。
发明内容
本发明主要解决现有技术中存在结构复杂、设备运行稳定性差和加工效率低的不足，提供了一种数控机床数据采集、储存与应用的方法，其具有运行稳定性好、刀具使用寿命长和加工效率高的特点。解决了机床零件加工过程对振动、噪音、电机输出功率关键工艺指标数据的实时自动采集。并将采集获取的数据进行分析处理后，给用户展示实时数据值和曲线图和数据查询及数据管理，用户可以此为参考合理优化零件加工工艺，提升零件加工效率，最大限度发挥机床性能，为用户创造效益最大化。同时结合加工试验知识数据库进行参数对比，为用户给出最为合理的加工工艺参数推荐及工艺方案。当机床加工过程中传感器检测数据达到异常状态时，***会向用户给出警告提醒，并控制机床进行加工暂停或停机处理，以此实现对工件、刀具和机床的保护。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种数控机床数据采集、储存与应用的方法，包括如下方法：
数控机床数据采集方法：在机床上安装振动传感器、噪声传感器、交变电流变送器、交变电压变送器，通过串口通信技术，获取各类传感器实时采集的数据，包括主轴电机实际电流值、主轴电机实际电压值、加工过程产生的实时振动值、噪声值通过通信线传输到工控机或物联网智能网关。工控机或物联网智能网关同时与数控机床控制器进行网络通信，由数控机床控制器将主轴电机实际转速值、实际进给速度值、刀具寿命、当前刀具号及刀具补偿值、***报警状态和警告信息等内容实时传输给工控机或物联网智能网关。
数控机床数据储存方法：包括实时数据和信息经过软件数据处理，在工控机和数控机床控制器的人机界面上进行实时显示，将这些数据信息标定时间，经过数据清理、数据集成、数据转换、数据规约等预处理后，实现数据本地存储至工控机后台的检测与监控***数据库中；或将工控机改换为物联网智能网关，通过以太网有线或网关4G模块无线上传到网络云平台服务器，实现数据的云存储和云计算，其云存储数据通过PC端或移动终端的软件进行展示。
数控机床实时数据应用方法：将实时采集数据与加工数据库标准参数对比，根据差值为用户推荐最为合理的加工工艺参数值，当机床加工过程中传感器检测数据若高于上限值时，***会向用户给出警告提醒，若长时间未干预处理的，则在计时到达后控制数控机床进行加工停机处理，以此实现对工件、刀具和机床的保护。
一、数控机床数据的采集和存储部分的应用方法：
数据采集配置连接通道一：数控机床控制器通过API接口函数和以太网线与工控机或物联网智能网关连接实现网络数据通讯，实时采集读取数控机床控制器的加工数据和详细参数，包含有数控机床运行加工时间统计、零件加工件数统计、主轴实际转速、机床进给速度、当前刀具号及刀具补偿值等。
数据采集配置连接通道二：
1)、振动传感器通过485串口通讯来实现与工控机或物联网智能网关的连接，实时读取主轴箱在零件加工过程的振动数据。
2)、噪声传感器通过495串口通讯来实现与工控机或物联网智能网关的连接，实时读取机床在加工过程的内部环境噪声数据。
3)、交变电流变送器通过485串口通讯来实现与工控机或物联网智能网关的连接，实时读取主轴电机输出电流值数据。
4)、交变电压变送器通过485串口通讯实现与工控机或物联网智能网关的连接，实时读取主轴电机输出电压值数据。
数控机床存储的数据主要有两类：
1)、各类机床传感器的实时采集获得的数据，包括振动传感器、噪声传感器、交变电流变送器、交变电压变送器。
2)、数控机床控制器内部加工数据，包括主轴实际转速、数控机床实际进给速率、刀具信息及刀具补偿值、机床位置信息等；数控机床数据的存储包括通过读取机床数控控制器和传感器的数据，将数控机床控制器的内部信息和数据实时读取和显示，将读取机床振动传感器、噪声传感器、交变电流变送器、交变电压变送器的数据信息，并将数据实时显示和绘制输出实时曲线图；包括数据查询、数据删除、数据导出等数据管理功能。
二、数控机床数据的应用部分：
数控机床数据的应用是建立数控加工知识数据库，包括机床传感器据采集的实时数据、工艺试验数据和生产实践获得的知识积累数据；主要用于为提高机床加工效率与精度提供必要的数据参考依据，用于机床故障自诊断和机床运行状态体检；包含有实时显示主界面、用户管理模块、数据处理模块、振动曲线图模块、噪声曲线图模块、电机电流曲线图模块、电机电压曲线图模块。
作为优选，数控机床控制器安装于机床正对操作者侧，通过以太网线连接工控机或物联网智能网关，工控机或物联网智能网关通过API接口函数协议与数控机床控制器建立数据通讯，实时读取数控机床加工过程相关信息数据；读取数据包括：数控机床运行加工时间统计、零件加工件数统计、主轴实际转速、机床进给速度、刀具信息及刀具补偿值等，可根据用户需求开放其他数据；在工控机或物联网智能网关与数控机床控制器建立数据通讯的基础上，可反向将机床传感器采集获取的数据传送给数控机床控制器，并在数控机床控制器的人机界面上进行实时显示：噪声值、振动值、主轴电机输出电压值、主轴电机输出电流值、主轴电机输出功率值、主轴电机输出扭矩值。
作为优选，工控机或物联网智能网关安装于机床正对操作者侧，通过以太网线连接数控机床控制器，通过485串口通讯连接噪声传感器、振动传感器、交变电流变送器、交变电压变送器；包括将采集的实时数据和信息经过软件数据处理，在工控机和数控机床控制器的人机界面上进行实时显示，实现数据本地存储至工控机后台的检测与监控***数据库中；或将工控机改换为物联网智能网关，通过以太网有线或网关4G模块无线上传到网络云平台服务器，实现数据的云存储和云计算，其云存储数据通过PC端或移动终端的软件进行展示。
作为优选，振动传感器安装于机床主轴箱体侧面，方向垂直于主轴箱体侧，采用螺纹刚性安装连接；传感器功能是实时精准测量机床加工过程中产生的振动数据，更好的实现监控加工过程中刀具和工件的加工状态；振动传感器的选择需具备抗振、耐冲击、高稳定度，具有良好的低频输出特性，可直接输出振动位移信号及振幅信号；振动传感器用来接收振动，显示机床主轴的振动数据和曲线图像。
作为优选，噪声传感器安装于机床内部钣金处，需考虑防水防油环境；传感器功能是实时检测在零件加工过程中的噪声数据，通过检测加工过程的异常噪声，从而辅助判断加工过程中是否存在异常问题，刀具是否磨损等；噪声传感器内置一个对声音敏感的电容式话筒，声波使话筒内的薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压，这一电压随后被转化为0-5V的电压，经过A/D转换被数据采集器接收，并传送给工控机，噪声传感器用来接收声波，显示机床内部环境声音的振动数据和曲线图像。
作为优选，交变电流变送器安装于机床电器柜内的主轴电机输出端U V W，采用卡规槽固定，走线需考虑强弱电分离，避免信号干扰，影响传感器的数据采集准确性；传感器功能是实时测量主轴电机输出的电流值，从而后续计算得出主轴电机任意时刻的实际功率输出值；交变电流变送器用来检测电流，显示主轴电机输出电流数据和曲线图像。
作为优选，交变电压变送器安装于机床电器柜内的主轴电机输出端U V W，采用卡规槽固定；走线需考虑强弱电分离，避免信号干扰，影响传感器的数据采集准确性；传感器功能是实时测量主轴电机输出的电压值，从而后续计算得出主轴电机任意时刻的实际功率输出值。交变电压变送器用来检测电压，显示主轴电机输出电压数据和曲线图像。
作为优选，通过电流变送器和电压变送器采集的主轴电机输出电压值、电流值，可计算得出主轴电机输出功率值；通过API接口通讯从数控机床控制器中获取主轴电机转速值，结合主轴电机输出功率值，可计算获得主轴电机实时输出扭矩值，显示主轴电机实时输出扭矩数据和曲线图像。
作为优选，实时显示主界面主要有采集设备的基本信息和设置区、数据实时显示区、曲线显示区和警报信息区。基本信息和设置区中包含了采集设备的IP地址、采集设备端口、实时时间以及检测数据库连接是否成功的测试按钮和开始或结束采集的按钮。数据实时显示区中包含了机床数控控制器开机时间、切削时间、加工时间、警报状态和信息、实际机床进给率、实际主轴转速值、刀具坐标位置信息、主轴电机的实际电流、电压、功率等，为生产信息化管理MS***提供数据；曲线显示区中包含了采集到的振动数据、噪声数据、功率数据的实时数据曲线绘制图，为数控机床提高加工效率与精度提供支撑数据依据。警报信息区中包含了数控机床控制器是否处于报警状态，以及在报警状态下的具体警告信息内容，为数控机床正常使用、故障诊断与机床自检、体检提供支撑数据依据。
作为优选，用户管理模块主要包含软件登录用户信息添加、删除，以及退出***的功能。
作为优选，振动曲线图模块主要是通过与振动传感器通过485串口通讯读取实时数据值，并将振动数据值显示在文本框中，将最近的15个数据点实时绘制在显示区中，采集数据点的数量可根据用户需求修改；零件加工过程中当检测到机床振动数据值超过上限值A时，***向用户发出警告提醒，若该超负荷状态长时间保持达到时间设定D时，***控制机床进行加工暂停或停机处理；***会根据加工工艺知识库经验数据，向用户给出机床振动数据推荐值H或工艺切削方案，指导用户优化自己的零件加工工艺切削参数。
作为优选，噪声曲线图模块主要是通过与噪声传感器通过485串口通讯读取实时数据值，并将噪声值显示在文本框中，将最近的15个数据的实时显示在显示区中，采集数据点的数量可根据用户需求修改；零件加工过程中当检测到机床噪音数据值超过上限值B时，***向用户发出警告提醒，若该超负荷状态长时间保持达到时间设定D时，***控制机床进行加工暂停或停机处理。***会根据加工工艺知识库经验数据，向用户给出机床噪音数据推荐值I或工艺切削方案，指导用户优化自己的零件加工工艺切削参数。
作为优选，电机电流、电压曲线图模块主要是通过与交变电流变送器、交变电压变送器，通过485串口通讯读取实时数据值，并将电流值和电压值分别显示在文本框中，将最近的15个数据的实时显示在显示区中，采集数据点的数量可根据用户需求修改；将采集的电流和电压数据值，以及获取的主轴转速值，计算得出主轴电机实时输出功率值；零件加工过程中当检测到机床主轴电机功率数据值超过上限值C时，***向用户发出警告提醒，若该超负荷状态长时间保持达到时间设定D时，***控制机床进行加工暂停或停机处理；***会根据加工工艺知识库经验数据，向用户给出机床振动数据推荐值J或工艺切削方案，指导用户优化自己的零件加工工艺切削参数。
A、B、C、D、H、I、J为范围区间数值。
本发明能够达到如下效果：
本发明提供了一种数控机床数据采集、储存与应用的方法，与现有技术相比较，具有运行稳定性好、刀具使用寿命长和加工效率高的特点。解决了机床零件加工过程对振动、噪音、电机输出功率关键工艺指标数据的实时自动采集。并将采集获取的数据进行分析处理后，给用户展示实时数据值和曲线图和数据查询及数据管理，用户可以此为参考合理优化零件加工工艺，提升零件加工效率，最大限度发挥机床性能，为用户创造效益最大化。同时结合加工试验知识数据库进行参数对比，为用户给出最为合理的加工工艺参数推荐及工艺方案。当机床加工过程中传感器检测数据达到异常状态时，***会向用户给出警告提醒，并控制机床进行加工暂停或停机处理，以此实现对工件、刀具和机床的保护。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中：机床罩壳1，噪音传感器2，数控机床3，振动传感器4，机床电气柜5，交变电流变送器6，交变电压变送器7，工控机8，物联网智能网关9，数控机床控制器10。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：如图1所示，一种数控机床数据采集、储存与应用的方法包括：数控机床数据采集方法：在数控机床3上安装振动传感器4、噪声传感器2、交变电流变送器6、交变电压变送器7，通过串口通信技术，获取各类传感器实时采集的数据，包括主轴电机实际电流值、主轴电机实际电压值、加工过程产生的实时振动值、噪声值通过通信线传输到工控机8或物联网智能网关9。工控机8或物联网智能网关9同时与数控机床控制器10进行网络通信，由数控机床控制器10将主轴电机实际转速值、实际进给度、刀具寿命、当前刀具号及刀具补偿值、***报警状态和警告信息内容实时传输给工控机8或物联网智能网关9。
数控机床控制器10安装于机床正对操作者侧，通过以太网线连接工控机8或物联网智能网关9，工控机8或物联网智能网关9通过API接口函数协议与数控机床控制器10建立数据通讯，实时读取数控机床加工过程相关信息数据；读取数据包括：数控机床运行加工时间统计、零件加工件数统计、主轴实际转速、机床进给速度等，可根据用户需求开放其他数据，在工控机8或物联网智能网关9与数控机床控制器10建立数据通讯的基础上，可反向将机床传感器采集获取的数据传送给数控机床控制器10，并在数控机床控制器10的人机界面上进行实时显示：噪声值、振动值、主轴电机输出电压值、主轴电机输出电流值、主轴电机输出功率值、主轴电机输出扭矩值。
工控机8或物联网智能网关9安装于机床正对操作者侧，通过以太网线连接数控机床控制器10，通过485串口通讯连接噪声传感器2、振动传感器4、交变电流变送器6、交变电压变送器7；包括将采集的实时数据和信息经过软件数据处理，在工控机8和数控机床控制器10的人机界面上进行实时显示，实现数据本地存储至工控机8后台的检测与监控***数据库中；或将工控机8改换为物联网智能网关9，通过以太网有线或网关4G模块无线上传到网络云平台服务器，实现数据的云存储和云计算，其云存储数据通过PC端或移动终端的软件进行展示。
振动传感器4安装于机床主轴箱体侧面，方向垂直于主轴箱体侧，采用螺纹刚性安装连接；传感器功能是实时精准测量机床加工过程中产生的振动数据，更好的实现监控加工过程中刀具和工件的加工状态；振动传感器4的选择需具备抗振、耐冲击、高稳定度，具有良好的低频输出特性，可直接输出振动位移信号及振幅信号；振动传感器4用来接收振动，显示机床主轴的振动数据和曲线图像。
噪声传感器2安装于机床内部钣金处，需考虑防水防油环境；传感器功能是实时检测在零件加工过程中的噪声数据，通过检测加工过程的异常噪声，从而辅助判断加工过程中是否存在异常问题，刀具是否磨损等。噪声传感器2内置一个对声音敏感的电容式话筒，声波使话筒内的薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压，这一电压随后被转化为0-5V的电压，经过A/D转换被数据采集器接收，并传送给工控机8，噪声传感器2用来接收声波，显示机床内部环境声音的振动数据和曲线图像。
交变电流变送器6安装于机床电气柜5内的主轴电机输出端U V W，采用卡规槽固定，走线需考虑强弱电分离，避免信号干扰，影响传感器的数据采集准确性；传感器功能是实时测量主轴电机输出的电流值，从而后续计算得出主轴电机任意时刻的实际功率输出值；交变电流变送器6用来检测电流，显示主轴电机输出电流数据和曲线图像。
交变电压变送器7安装于机床电气柜5内的主轴电机输出端U V W，采用卡规槽固定；走线需考虑强弱电分离，避免信号干扰，影响传感器的数据采集准确性；传感器功能是实时测量主轴电机输出的电压值，从而后续计算得出主轴电机任意时刻的实际功率输出值。交变电压变送器7用来检测电压，显示主轴电机输出电压数据和曲线图像。
数控机床数据储存方法：包括实时数据和信息经过软件数据处理，在工控机8和数控机床控制器10的人机界面上进行实时显示，将这些数据信息标定时间，经过数据清理、数据集成、数据转换、数据规约等预处理后，实现数据本地存储至工控机8后台的实时检测与监控***数据库中。或将工控机8改换为物联网智能网关9，通过以太网有线或网关4G模块无线上传到网络云平台服务器，实现数据的云存储和云计算，其云存储数据通过PC端或移动终端的软件进行展示。
数控机床实时数据应用方法：将实时采集数据与加工数据库5标准参数对比，根据差值为用户推荐最为合理的加工工艺参数值，当机床加工过程中传感器检测数据若高于上限值时，***会向用户给出警告提醒，若长时间未干预处理的，则在计时到达后控制数控机床进行加工停机处理，以此实现对工件、刀具和机床的保护。
一、数控机床4数据的采集和存储部分的应用方法：
数据采集配置连接通道一：数控机床控制器10通过API接口函数和以太网线与工控机8或物联网智能网关9连接实现网络数据通讯，实时采集读取数控机床控制器10的加工数据和详细参数，包含有数控机床4运行加工时间统计、零件加工件数统计、主轴实际转速、机床进给速度等。可根据用户需求开放其他数据。在工控机8或物联网智能网关9与数控机床控制器10建立数据通讯的基础上，可反向将机床传感器采集获取的数据传送给数控机床控制器10，并在数控机床控制器10的人机界面上进行实时显示：噪声值、振动值、主轴电机输出电压值、主轴电机输出电流值、主轴电机输出功率值、主轴电机输出扭矩值。
数据采集配置连接通道二：
1)、振动传感器4通过485串口通讯来实现与工控机8或物联网智能网关9的连接，实时读取主轴箱在零件加工过程的振动数据。
2)、噪声传感器2通过485串口通讯来实现与工控机8或物联网智能网关9的连接，实时读取机床在加工过程的内部环境噪声数据。
3)、交变电流变送器6通过485串口通讯来实现与工控机8或物联网智能网关9的连接，实时读取主轴电机输出电流值数据。
4)、交变电压变送器7通过485串口通讯实现与工控机8或物联网智能网关9的连接，实时读取主轴电机输出电压值数据。
数控机床存储的数据主要有两类：
1)、各类机床传感器的实时采集获得的数据，包括振动传感器4、噪声传感器2、交变电流变送器6、交变电压变送器7。
2)、数控机床控制器10内部加工数据，包括主轴实际转速、数控机床实际进给速度、刀具信息及刀具补偿值、机床位置信息等；数控机床数据的存储包括通过读取数控机床控制器10和传感器的数据，将数控机床控制器10的内部信息和数据实时读取和显示，将读取机床振动传感器4、噪声传感器2、交变电流变送器6、交变电压变送器7的数据信息，并将数据实时显示和绘制输出实时曲线图；包括数据查询、数据删除、数据导出等数据管理功能。
二、数控机床数据的应用部分：
数控机床数据的应用是建立数控加工知识数据库，包括机床传感器据采集的实时数据、工艺试验数据和生产实践获得的知识积累数据；主要用于为提高机床加工效率与精度提供必要的数据参考依据，用于机床故障自诊断和机床运行状态体检；包含有实时显示主界面、用户管理模块、数据处理模块、振动曲线图模块、噪声曲线图模块、电机电流曲线图模块、电机电压曲线图模块。用户管理模块主要包含软件登录用户信息添加、删除，以及退出***的功能。
实时显示主界面主要有采集设备的基本信息和设置区、数据实时显示区、曲线显示区和警报信息区。基本信息和设置区中包含了采集设备的IP地址、采集设备端口、实时时间以及检测数据库连接是否成功的测试按钮和开始或结束采集的按钮；数据实时显示区中包含了机床数控控制器10开机时间、切削时间、加工时间、警报状态和信息、实际机床进给率、实际主轴转速值、刀具坐标位置信息、主轴电机的实际电流、电压、功率等，为生产信息化管理MS***提供数据；曲线显示区中包含了采集到的振动数据、噪声数据、功率数据的实时数据曲线绘制图，为数控机床提高加工效率与精度提供支撑数据依据。警报信息区中包含了数控机床控制器10是否处于报警状态，以及在报警状态下的具体警告信息内容，为数控机床正常使用、故障诊断与机床自检、体检提供支撑数据依据。
振动曲线图模块主要是通过与振动传感器3通过485串口通讯读取实时数据值，并将振动数据值显示在文本框中，将最近的15个数据点实时绘制在显示区中，采集数据点的数量可根据用户需求修改；零件加工过程中当检测到机床振动数据值超过上限值A时，***向用户发出警告提醒，若该超负荷状态长时间保持达到时间设定D时，***控制机床进行加工暂停或停机处理；***会根据加工工艺知识库经验数据，向用户给出机床振动数据推荐值H或工艺切削方案，指导用户优化自己的零件加工工艺切削参数。
噪声曲线图模块主要是通过与噪声传感器2通过485串口通讯读取实时数据值，并将噪声值显示在文本框中，将最近的15个数据的实时显示在显示区中，采集数据点的数量可根据用户需求修改；零件加工过程中当检测到机床噪音数据值超过上限值B时，***向用户发出警告提醒，若该超负荷状态长时间保持达到时间设定D时，***控制机床进行加工暂停或停机处理。***会根据加工工艺知识库经验数据，向用户给出机床噪音数据推荐值I或工艺切削方案，指导用户优化自己的零件加工工艺切削参数。
电机电流、电压曲线图模块主要是通过与交变电流变送器6、交变电压变送器7，通过485串口通讯读取实时数据值，并将电流值和电压值分别显示在文本框中，将最近的15个数据的实时显示在显示区中，采集数据点的数量可根据用户需求修改；将采集的电流和电压数据值，以及获取的主轴转速值，计算得出主轴电机实时输出功率值；零件加工过程中当检测到机床主轴电机功率数据值超过上限值C时，***向用户发出警告提醒，若该超负荷状态长时间保持达到时间设定D时，***控制机床进行加工暂停或停机处理；***会根据加工工艺知识库经验数据，向用户给出机床振动数据推荐值J或工艺切削方案，指导用户优化自己的零件加工工艺切削参数。
综上所述，该数控机床数据采集、储存与应用的方法，具有运行稳定性好、刀具使用寿命长和加工效率高的特点。解决了机床零件加工过程对振动、噪音、电机输出功率关键工艺指标数据的实时自动采集。并将采集获取的数据进行分析处理后，给用户展示实时数据值和曲线图和数据查询及数据管理，用户可以此为参考合理优化零件加工工艺，提升零件加工效率，最大限度发挥机床性能，为用户创造效益最大化。同时结合加工试验知识数据库进行参数对比，为用户给出最为合理的加工工艺参数推荐及工艺方案。当机床加工过程中传感器检测数据达到异常状态时，***会向用户给出警告提醒，并控制机床进行加工暂停或停机处理，以此实现对工件、刀具和机床的保护。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。
Claims (13)
1.一种数控机床数据采集、储存与应用的方法，其特征在于包括如下方法：
数控机床数据采集方法：在数控机床(3)上安装振动传感器(4)、噪声传感器(2)、交变电流变送器(6)、交变电压变送器(7)，通过串口通信技术，获取各类传感器实时采集的数据，包括主轴电机实际电流值、主轴电机实际电压值、加工过程产生的实时振动、噪声值通过通信线传输到工控机(8)或物联网智能网关(9)；工控机(8)或物联网智能网关(9)同时与数控机床控制器(10)进行网络通信，由数控机床控制器(10)将主轴电机实际转速值、实际进给速度值、刀具寿命、当前刀具号及刀具补偿值、***报警状态和警告信息等内容实时传输给工控机(8)或物联网智能网关(9)；
数控机床数据储存方法：包括实时数据和信息经过软件数据处理，在工控机(8)和数控机床控制器(10)的人机界面上进行实时显示，将这些数据信息标定时间，经过数据清理、数据集成、数据转换、数据规约等预处理后，实现数据本地存储至工控机(8)后台的检测与监控***数据库中；或将工控机(8)改换为物联网智能网关(9)，通过以太网有线或网关4G模块无线上传到网络云平台服务器，实现数据的云存储和云计算，其云存储数据通过PC端或移动终端的软件进行展示；
数控机床实时数据应用方法：将实时采集数据与加工数据库(5)标准参数对比，根据差值为用户推荐最为合理的加工工艺参数值，当机床加工过程中传感器检测数据若高于上限值时，***会向用户给出警告提醒，若长时间未干预处理的，则在计时到达后控制数控机床进行加工停机处理，以此实现对工件、刀具和机床的保护；
一、数控机床数据的采集和存储部分的应用方法：
数据采集配置连接通道一：数控机床控制器(10)通过API接口函数和以太网线与工控机(8)或物联网智能网关(9)连接实现网络数据通讯，实时采集读取数控机床控制器(10)的加工数据和详细参数，包含有数控机床运行加工时间统计、零件加工件数统计、主轴实际转速、刀具信息及刀具补偿值、机床进给速度等；
数据采集配置连接通道二：
1)、振动传感器(4)通过485串口通讯来实现与工控机(8)或物联网智能网关(9)的连接，实时读取主轴箱在零件加工过程的振动数据；
2)、噪声传感器(2)通过495串口通讯来实现与工控机(8)或物联网智能网关(9)的连接，实时读取机床在加工过程的内部环境噪声数据；
3)、交变电流变送器(6)通过485串口通讯来实现与工控机(8)或物联网智能网关(9)的连接，实时读取主轴电机输出电流值数据；
4)、交变电压变送器(7)通过485串口通讯实现与工控机(8)或物联网智能网关(9)的连接，实时读取主轴电机输出电压值数据；
数控机床存储的数据主要有两类：
1)、各类机床传感器的实时采集获得的数据，包括振动传感器(4)、噪声传感器(2)、交变电流变送器(6)、交变电压变送器(7)；
2)、数控机床控制器(10)内部加工数据，包括主轴实际转速、数控机床实际进给速率、刀具信息及刀具补偿值、机床位置信息等；数控机床数据的存储包括通过读取机床数控控制器(9)和传感器的数据，将数控机床控制器(9)的内部信息和数据实时读取和显示，将读取机床振动传感器(4)、噪声传感器(2)、交变电流变送器(6)、交变电压变送器(7)的数据信息，并将数据实时显示和绘制输出实时曲线图；包括数据查询、数据删除、数据导出功能；
二、数控机床数据的应用部分：
数控机床数据的应用是建立数控加工知识数据库，包括机床传感器据采集的实时数据、工艺试验数据和生产实践获得的知识积累数据；主要用于为提高机床加工效率与精度提供必要的数据参考依据，用于机床故障自诊断和机床运行状态体检；包含有实时显示主界面、用户管理模块、数据处理模块、振动曲线图模块、噪声曲线图模块、电机电流曲线图模块、电机电压曲线图模块。
2.根据权利要求1所述的数控机床数据采集、储存与应用的方法，其特征在于：数控机床控制器(10)安装于机床正对操作者侧，通过以太网线连接工控机(8)或物联网智能网关(9)，工控机(8)或物联网智能网关(9)通过API接口函数协议与数控机床控制器(10)建立数据通讯，实时读取数控机床加工过程相关信息数据；读取数据包括：数控机床运行加工时间统计、零件加工件数统计、主轴实际转速、机床进给速度、刀具信息及刀具补偿值等，可根据用户需求开放其他数据；在工控机(8)或物联网智能网关(9)与数控机床控制器(10)建立数据通讯的基础上，可反向将机床传感器采集获取的数据传送给数控机床控制器(10)，并在数控机床控制器(10)的人机界面上进行实时显示：噪声值、振动值、主轴电机输出电压值、主轴电机输出电流值、主轴电机输出功率值、主轴电机输出扭矩值。
3.根据权利要求1所述的数控机床数据采集、储存与应用的方法，其特征在于：工控机(8)或物联网智能网关(9)安装于机床正对操作者侧，通过以太网线连接数控机床控制器(10)，通过485串口通讯连接噪声传感器(2)、振动传感器(4)、交变电流变送器(6)、交变电压变送器(7)；包括将采集的实时数据和信息经过软件数据处理，在工控机(8)和数控机床控制器(10)的人机界面上进行实时显示，实现数据本地存储至工控机(8)后台的检测与监控***数据库中；或将工控机(8)改换为物联网智能网关(9)，通过以太网有线或网关4G模块无线上传到网络云平台服务器，实现数据的云存储和云计算，其云存储数据通过PC端或移动终端的软件进行展示。
4.根据权利要求1所述的数控机床数据采集、储存与应用的方法，其特征在于：振动传感器(4)安装于机床主轴箱体侧面，方向垂直于主轴箱体侧，采用螺纹刚性安装连接；传感器功能是实时精准测量机床加工过程中产生的振动数据，更好的实现监控加工过程中刀具和工件的加工状态；振动传感器(4)的选择需具备抗振、耐冲击、高稳定度，具有良好的低频输出特性，可直接输出振动位移信号及振幅信号；振动传感器(4)用来接收振动，显示机床主轴的振动数据和曲线图像。
5.根据权利要求1所述的数控机床数据采集、储存与应用的方法，其特征在于：噪声传感器(2)安装于机床内部钣金处，需考虑防水防油环境；传感器功能是实时检测在零件加工过程中的噪声数据，通过检测加工过程的异常噪声，从而辅助判断加工过程中是否存在异常问题，刀具是否磨损等；噪声传感器(2)内置一个对声音敏感的电容式话筒，声波使话筒内的薄膜振动，导致电容的变化，而产生与之对应变化的微小电压，这一电压随后被转化为0-5V的电压，经过A/D转换被数据采集器接收，并传送给工控机(8)，噪声传感器(2)用来接收声波，显示机床内部环境声音的振动数据和曲线图像。
6.根据权利要求1所述的数控机床数据采集、储存与应用的方法，其特征在于：交变电流变送器(6)安装于机床电气柜(5)内的主轴电机输出端U V W，采用卡规槽固定，走线需考虑强弱电分离，避免信号干扰，影响传感器的数据采集准确性；传感器功能是实时测量主轴电机输出的电流值，从而后续计算得出主轴电机任意时刻的实际功率输出值；交变电流变送器(6)用来检测电流，显示主轴电机输出电流数据和曲线图像。
7.根据权利要求1所述的数控机床数据采集、储存与应用的方法，其特征在于：交变电压变送器(7)安装于机床电气柜(5)内的主轴电机输出端U V W，采用卡规槽固定；走线需考虑强弱电分离，避免信号干扰，影响传感器的数据采集准确性；传感器功能是实时测量主轴电机输出的电压值，从而后续计算得出主轴电机任意时刻的实际功率输出值；交变电压变送器(7)用来检测电压，显示主轴电机输出电压数据和曲线图像。
8.根据权利要求1所述的数控机床数据采集、储存与应用的方法，其特征在于：通过电流变送器(6)和电压变送器(7)采集的主轴电机输出电压值、电流值，可计算得出主轴电机输出功率值；通过API接口通讯从数控机床控制器(10)中获取主轴电机转速值，结合主轴电机输出功率值，可计算获得主轴电机实时输出扭矩值，显示主轴电机实时输出扭矩数据和曲线图像。
9.根据权利要求1所述的数控机床数据采集、储存与应用的方法，其特征在于：实时显示主界面主要有采集设备的基本信息和设置区、数据实时显示区、曲线显示区和警报信息区。基本信息和设置区中包含了采集设备的IP地址、采集设备端口、实时时间以及检测数据库连接是否成功的测试按钮和开始或结束采集的按钮；数据实时显示区中包含了机床数控控制器(10)开机时间、切削时间、加工时间、警报状态和信息、实际机床进给率、实际主轴转速值、刀具坐标位置信息、主轴电机的实际电流、电压、功率等，为生产信息化管理MS***提供数据；曲线显示区中包含了采集到的振动数据、噪声数据、功率数据的实时数据曲线绘制图，为数控机床提高加工效率与精度提供支撑数据依据。警报信息区中包含了数控机床控制器(10)是否处于报警状态，以及在报警状态下的具体警告信息内容，为数控机床正常使用、故障诊断与机床自检、体检提供支撑数据依据。
10.根据权利要求1所述的数控机床数据采集、储存与应用的方法，其特征在于：用户管理模块主要包含软件登录用户信息添加、删除，以及退出***的功能。
11.根据权利要求1所述的数控机床数据采集、储存与应用的方法，其特征在于：振动曲线图模块主要是通过与振动传感器(4)通过485串口通讯读取实时数据值，并将振动数据值显示在文本框中，将最近的15个数据点实时绘制在显示区中，采集数据点的数量可根据用户需求修改；零件加工过程中当检测到机床振动数据值超过上限值A时，***向用户发出警告提醒，若该超负荷状态长时间保持达到时间设定D时，***控制机床进行加工暂停或停机处理；***会根据加工工艺知识库经验数据，向用户给出机床振动数据推荐值H或工艺切削方案，指导用户优化自己的零件加工工艺切削参数。
12.根据权利要求1所述的数控机床数据采集、储存与应用的方法，其特征在于：噪声曲线图模块主要是通过与噪声传感器(2)通过485串口通讯读取实时数据值，并将噪声值显示在文本框中，将最近的15个数据的实时显示在显示区中，采集数据点的数量可根据用户需求修改；零件加工过程中当检测到机床噪音数据值超过上限值B时，***向用户发出警告提醒，若该超负荷状态长时间保持达到时间设定D时，***控制机床进行加工暂停或停机处理。***会根据加工工艺知识库经验数据，向用户给出机床噪音数据推荐值I或工艺切削方案，指导用户优化自己的零件加工工艺切削参数。
13.根据权利要求1所述的数控机床数据采集、储存与应用的方法，其特征在于：电机电流、电压曲线图模块主要是通过与交变电流变送器(6)、交变电压变送器(7)，通过485串口通讯读取实时数据值，并将电流值和电压值分别显示在文本框中，将最近的15个数据的实时显示在显示区中，采集数据点的数量可根据用户需求修改；将采集的电流和电压数据值，以及获取的主轴转速值，计算得出主轴电机实时输出功率值；零件加工过程中当检测到机床主轴电机功率数据值超过上限值C时，***向用户发出警告提醒，若该超负荷状态长时间保持达到时间设定D时，***控制机床进行加工暂停或停机处理；***会根据加工工艺知识库经验数据，向用户给出机床振动数据推荐值J或工艺切削方案，指导用户优化自己的零件加工工艺切削参数。
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|---|---|---|---|---|
| CN116880357A (zh) * | 2023-09-04 | 2023-10-13 | 潍柴动力股份有限公司 | 一种设备调试方法、装置、设备及存储介质 |
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