PT車間機床加工過程智能監控與大數據應用

常百　郭云龍

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

關鍵詞：數控加工 智慧制造 大數據 質量控制

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

當前，制造業正面臨全球新科技革命和產業變革的挑戰：新一代自動控制技術快速發展并廣泛滲透，推動各領域技術持續突破、不斷融合、加速應用，引發制造業發展理念、技術體系、制造模式和價值鏈重大變革。

中國制造業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造轉變的關鍵歷史時期。以“工業化與信息化深度融合”為特征的“制造業信息化”與創新驅動是我國實現從制造大國向制造強國邁進的戰略舉措。2015年《政府工作報告》明確提出《中國制造2025》的戰略規劃。而大數據技術、CAD/CAM技術及動態仿真技術的綜合應用均是當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車間數控機床數量眾多，但從控制系統劃分占主流的則只有兩種：FANUC系統、SIEMENS系統。下面將以3個具體應用實例說明，如何將控制系統自身的功能與現場工藝、機床軟硬件配置相結合，以創新思維打造具有自身特色的“智造”工廠。

1.1 大數據技術的應用——主軸負載監控項目

車間某德國產數控加工中心，配以SIEMENS 840DSL操作系統，機床自身帶有主軸震動監控單元（見圖1），該監控組件可以實時監控每次加工循環中主軸震動的峰值（見圖2）。當峰值超出預設上限時機床停止加工并報警。

在該案例機床加工過程中發現，該監控組件只能監控每次加工循環中的峰值并判斷，無法記錄加工工序中每把刀具的加工負載及峰值（會被后續加工刀具的峰值覆蓋掉）。由此無法判斷某一把刀具的負載情況，當出現刀具負載過大，崩刃后無法及時報警，有發生批量質量問題的潛在風險。

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

1.2 刀補信息實時監控

PT車間曲軸線某工位機床是FANUC 31i操作系統，因為曲軸加工工藝的特殊性決定了這些工位的刀補數據更改頻率較高，其刀具補償值是由生產線操作人員根據頻次測量檢測報告的結果，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險。此時就需要對更改的數值進行及時保存、記錄，以便后期根據修改記錄總結規律、分析毛坯及工藝問題、及時進行質量問題追溯。

根據機床控制系統特點編制新的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數據提取軟件，傳遞到車間服務器中，這樣可以實時監控機床的刀補數據變動情況，后期通過IT軟件二次開發，制作簡易數據查詢界面，可以隨時在線查詢數據記錄情況，便于問題的及時分析、解決。

1.3 運用CAD/CAM技術快速應對工藝更改

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軸旋轉一個角度，銑刀應用半徑補償法加工，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，將工藝圖紙導入軟件后設置相關加工參數，自動生成帶有刀具半徑補償的加工程序，及時解決了緊迫的工藝更改問題（見圖6）。

2 結語

從上述例子可知，綜合運用CNC自動編程、PMC編程、IT系統二次界面開發等技術手段對數控機床進行改造、升級，使其功能更完整、數據應用更“智慧”。有效地保證了加工的質量穩定性、工藝更改的及時性。

參考文獻

[1] 常百.UG NX6.0中文版數控加工基礎入門與范例精通[M].北京：科學出版社，2009.

[2] 孫彥廣.工業智能控制技術與應用[M].北京：科學出版社，2007.

[3] 王俊普.智能控制[M].合肥：中國科學技術大學出版社，1996.