PT車間機床加工過程智能監(jiān)控與大數(shù)據(jù)應(yīng)用

常百　郭云龍

摘 要：數(shù)控機床的加工過程是多種因素綜合作用的過程。刀具、夾具、機床結(jié)構(gòu)、切削參數(shù)等因素都可以影響到所加工產(chǎn)品的質(zhì)量。所以，對于加工過程進行實時、有效的監(jiān)控是尤為重要的。該文結(jié)合北盛基地PT車間現(xiàn)場機床的實際問題，以打造智慧工廠為目標(biāo)，綜合運用CNC編程、PMC編程及IT系統(tǒng)開發(fā)多種手段有效解決了機床重要參數(shù)的實時監(jiān)控的難題，探索了機床故障預(yù)維護、產(chǎn)品質(zhì)量在線監(jiān)控新途徑。

關(guān)鍵詞：數(shù)控加工 智慧制造 大數(shù)據(jù) 質(zhì)量控制

中圖分類號：F01 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）03（b）-0068-02

當(dāng)前，制造業(yè)正面臨全球新科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的挑戰(zhàn)：新一代自動控制技術(shù)快速發(fā)展并廣泛滲透，推動各領(lǐng)域技術(shù)持續(xù)突破、不斷融合、加速應(yīng)用，引發(fā)制造業(yè)發(fā)展理念、技術(shù)體系、制造模式和價值鏈重大變革。

中國制造業(yè)亦正面臨從價值鏈的低端向中高端，從制造大國向制造強國、從中國制造向中國創(chuàng)造轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵歷史時期。以“工業(yè)化與信息化深度融合”為特征的“制造業(yè)信息化”與創(chuàng)新驅(qū)動是我國實現(xiàn)從制造大國向制造強國邁進的戰(zhàn)略舉措。2015年《政府工作報告》明確提出《中國制造2025》的戰(zhàn)略規(guī)劃。而大數(shù)據(jù)技術(shù)、CAD/CAM技術(shù)及動態(tài)仿真技術(shù)的綜合應(yīng)用均是當(dāng)代的一種智慧制造模式和手段。

1 “智慧制造”在PT車間的具體實施

雖然PT車間數(shù)控機床數(shù)量眾多，但從控制系統(tǒng)劃分占主流的則只有兩種：FANUC系統(tǒng)、SIEMENS系統(tǒng)。下面將以3個具體應(yīng)用實例說明，如何將控制系統(tǒng)自身的功能與現(xiàn)場工藝、機床軟硬件配置相結(jié)合，以創(chuàng)新思維打造具有自身特色的“智造”工廠。

1.1 大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用——主軸負(fù)載監(jiān)控項目

車間某德國產(chǎn)數(shù)控加工中心，配以SIEMENS 840DSL操作系統(tǒng)，機床自身帶有主軸震動監(jiān)控單元（見圖1），該監(jiān)控組件可以實時監(jiān)控每次加工循環(huán)中主軸震動的峰值（見圖2）。當(dāng)峰值超出預(yù)設(shè)上限時機床停止加工并報警。

在該案例機床加工過程中發(fā)現(xiàn)，該監(jiān)控組件只能監(jiān)控每次加工循環(huán)中的峰值并判斷，無法記錄加工工序中每把刀具的加工負(fù)載及峰值（會被后續(xù)加工刀具的峰值覆蓋掉）。由此無法判斷某一把刀具的負(fù)載情況，當(dāng)出現(xiàn)刀具負(fù)載過大，崩刃后無法及時報警，有發(fā)生批量質(zhì)量問題的潛在風(fēng)險。

經(jīng)過對該監(jiān)控組件的研究分析后，決定優(yōu)化其監(jiān)控功能，編制新的PMC及CNC程序圖，將監(jiān)控信號置于每把刀具的加工過程段中，實現(xiàn)了多刀具多工序的實時監(jiān)控。

1.2 刀補信息實時監(jiān)控

PT車間曲軸線某工位機床是FANUC 31i操作系統(tǒng)，因為曲軸加工工藝的特殊性決定了這些工位的刀補數(shù)據(jù)更改頻率較高，其刀具補償值是由生產(chǎn)線操作人員根據(jù)頻次測量檢測報告的結(jié)果，通過操作機床的HMI界面進行修正（見圖3）。由于操作人員技能水平不一致及夜班疲勞等其他因素影響，存在一定的誤操作風(fēng)險。此時就需要對更改的數(shù)值進行及時保存、記錄，以便后期根據(jù)修改記錄總結(jié)規(guī)律、分析毛坯及工藝問題、及時進行質(zhì)量問題追溯。

根據(jù)機床控制系統(tǒng)特點編制新的NC程序，將刀具補償變量傳遞給PMC空地址中（見圖4）。再利用IT數(shù)據(jù)提取軟件，傳遞到車間服務(wù)器中，這樣可以實時監(jiān)控機床的刀補數(shù)據(jù)變動情況，后期通過IT軟件二次開發(fā)，制作簡易數(shù)據(jù)查詢界面，可以隨時在線查詢數(shù)據(jù)記錄情況，便于問題的及時分析、解決。

1.3 運用CAD/CAM技術(shù)快速應(yīng)對工藝更改

箱體線某工位銑削加工時，由于工藝更改，需要編制新的刀具切削路徑（見圖5），新加工面需要A軸旋轉(zhuǎn)一個角度，銑刀應(yīng)用半徑補償法加工，程序編制量較大、時間較緊。分析后決定采用NX三維軟件編程，將工藝圖紙導(dǎo)入軟件后設(shè)置相關(guān)加工參數(shù)，自動生成帶有刀具半徑補償?shù)募庸こ绦?，及時解決了緊迫的工藝更改問題（見圖6）。

2 結(jié)語

從上述例子可知，綜合運用CNC自動編程、PMC編程、IT系統(tǒng)二次界面開發(fā)等技術(shù)手段對數(shù)控機床進行改造、升級，使其功能更完整、數(shù)據(jù)應(yīng)用更“智慧”。有效地保證了加工的質(zhì)量穩(wěn)定性、工藝更改的及時性。

參考文獻(xiàn)

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