機(jī)床預(yù)警系統(tǒng)人機(jī)界面開(kāi)發(fā)

周冬

（齊重?cái)?shù)控裝備股份有限公司，黑龍江 齊齊哈爾161000）

1 預(yù)警系統(tǒng)的重要性

機(jī)床故障的發(fā)生，大部分在前期是有征兆的，但許多用戶(hù)由于缺乏相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并且不重視機(jī)床的日常檢查，往往是等精度走失非常嚴(yán)重時(shí)，或機(jī)床報(bào)警停機(jī)時(shí)，才意識(shí)到機(jī)床出現(xiàn)了問(wèn)題。這時(shí)在對(duì)機(jī)床維修，無(wú)論是對(duì)機(jī)床本身還是對(duì)用戶(hù)的生產(chǎn)造成的損失是都是巨大的。若能提早發(fā)現(xiàn)機(jī)床異常，及時(shí)與機(jī)床制造商聯(lián)系，及時(shí)進(jìn)行維護(hù)修理，在機(jī)床停機(jī)時(shí)間、維護(hù)費(fèi)用、維修難度等方面會(huì)大幅縮減，直接的為企業(yè)創(chuàng)造了效益。正所謂“良醫(yī)治未病，防范勝于治”。

2 應(yīng)用產(chǎn)品

齊重?cái)?shù)控為我國(guó)機(jī)床行業(yè)大型重點(diǎn)骨干企業(yè)和行業(yè)排頭兵企業(yè)，重型機(jī)床產(chǎn)品的技術(shù)水平和生產(chǎn)制造能力已經(jīng)步入世界第一方陣，是國(guó)際知名、國(guó)內(nèi)一流的重大裝備及國(guó)防裝備保障產(chǎn)業(yè)化基地，在國(guó)內(nèi)外擁有大量的忠實(shí)用戶(hù)。為了能讓用戶(hù)能實(shí)時(shí)跟蹤機(jī)床各伺服軸的運(yùn)行狀態(tài)，及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，我們?yōu)镾VT系列機(jī)床開(kāi)發(fā)了預(yù)警系統(tǒng)人機(jī)界面。SVT160 高精立式車(chē)銑加工中心是我公司新研制的產(chǎn)品，最顯著的特點(diǎn)是工作臺(tái)主軸采用大型力矩電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大扭矩車(chē)削主傳動(dòng)以及高精度C軸回轉(zhuǎn)進(jìn)給。此系列機(jī)床采用西門(mén)子828D 數(shù)控及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)X 軸、Z 軸，以及第三方力矩電機(jī)（C 軸/主軸）的控制，性能可靠，定位精準(zhǔn)，體現(xiàn)出了828D 數(shù)控及伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)優(yōu)異的性能。

3 EASYSCREEN 功能簡(jiǎn)介

EASYSCREEN 功能是西門(mén)子828D 系統(tǒng)為機(jī)床制造商提供的人機(jī)界面開(kāi)發(fā)工具，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言簡(jiǎn)便、高效，上手容易。用戶(hù)可以根據(jù)自身的需要開(kāi)發(fā)人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)特殊的功能，是機(jī)床制造商體現(xiàn)創(chuàng)造力、提升機(jī)床附加值的便捷開(kāi)發(fā)工具。應(yīng)用EASYSCREEN 開(kāi)發(fā)的人機(jī)界面可以在每臺(tái)機(jī)床上免費(fèi)使用5 幅，基本滿(mǎn)足大部分功能開(kāi)發(fā)的需求，而不需要額外增加成本。

4 預(yù)警系統(tǒng)人機(jī)界面介紹

4.1 人機(jī)界面組成：預(yù)警系統(tǒng)人機(jī)界面共由三部分組成，分別是：X 軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)預(yù)警系統(tǒng)、Z 軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)預(yù)警系統(tǒng)、C軸/主軸預(yù)警系統(tǒng)組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)此臺(tái)機(jī)床所有伺服軸的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)監(jiān)控預(yù)警。按壓[custom]軟件進(jìn)入主畫(huà)面（圖1）。

4.2 工作原理。伺服電機(jī)的電流值可以反映該伺服軸的機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)狀態(tài)的好壞，通過(guò)定期的數(shù)據(jù)采集，通過(guò)數(shù)據(jù)的最大值、最小值、波動(dòng)幅值等進(jìn)行分析，可以提前發(fā)現(xiàn)機(jī)床伺服軸的機(jī)械狀態(tài)好壞以及變化趨勢(shì)，并與制造商聯(lián)系，尋求解決方案，預(yù)防機(jī)床發(fā)生更大的故障。并根據(jù)人機(jī)界面中的電流出廠值，來(lái)檢驗(yàn)機(jī)床維修后的實(shí)際狀態(tài)，判斷機(jī)床維修是否合格。

4.3 X 軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)預(yù)警（圖2）。當(dāng)進(jìn)行X 軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)預(yù)警檢測(cè)時(shí)，首先觀察界面中X 軸是否已回參考點(diǎn)，是否切換到AUTO 方式，并通過(guò)“”表示狀態(tài)正確；若狀態(tài)不正確，則通過(guò)””表示，而無(wú)法進(jìn)行檢測(cè)。4.3.1 數(shù)據(jù)采集：界面右側(cè)的軟件設(shè)有[檢測(cè)啟動(dòng)]、[檢測(cè)停止]軟件，當(dāng)滿(mǎn)足檢測(cè)要求后，通過(guò)按壓[檢測(cè)啟動(dòng)]軟件，可以調(diào)用已編制好的固定子程序，X 軸以設(shè)定的速度從機(jī)床原點(diǎn)運(yùn)到全行程后停止，在X 軸運(yùn)行過(guò)程中，PLC 通過(guò)NC 讀取伺服電機(jī)的實(shí)際電流值，并在PLC 中編輯比較篩選程序，保留每一區(qū)域的最大值和最小值，啟動(dòng)和停止過(guò)程的電流值不在數(shù)據(jù)采集范圍內(nèi)。4.3.2 采集后的數(shù)據(jù)顯示表：細(xì)化檢測(cè)區(qū)域：將X 軸的全行程細(xì)分為5 段，每段設(shè)有伺服電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中的電機(jī)電流最大值和最小值。細(xì)分的目的是為了在檢測(cè)或維修過(guò)程中更快的發(fā)現(xiàn)故障區(qū)域，以及對(duì)機(jī)械部件的細(xì)化分析，反推機(jī)加或裝配中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。細(xì)分段的排列采用從左至右的順序，是為了對(duì)應(yīng)實(shí)際X 軸的實(shí)際運(yùn)行軌跡，方便查看與分析。4.3.3 出廠值：機(jī)床在出廠之前，已經(jīng)將將機(jī)械、電氣部分調(diào)整到最佳狀態(tài)。在人機(jī)界面中將出廠值固化到系統(tǒng)中，無(wú)法修改。目的是為了在用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)安裝、以及今后的維修后有參考依據(jù)，檢驗(yàn)安調(diào)以及維修結(jié)果。因?yàn)椋瑹o(wú)論伺服電機(jī)電流過(guò)大或過(guò)小，都說(shuō)明在機(jī)械部分的安調(diào)都存在問(wèn)題。4.3.4組：數(shù)據(jù)表格中，0 組代表當(dāng)前采集臨時(shí)存儲(chǔ)區(qū)域，在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，首先輸入組號(hào)“0”。如果采集的數(shù)據(jù)是完整并需要存儲(chǔ)的，選擇沒(méi)有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的組進(jìn)行存儲(chǔ)。4.3.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)刪除：人機(jī)界面一共提供12 組數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間，通過(guò)[√]表示改組空間是否已存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，若沒(méi)有[√]，表示改組可以存儲(chǔ)。

在[0]組中的數(shù)據(jù)如果是采集有效值，確定需要存儲(chǔ)后，先查看表格上面的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)情況區(qū)域，然后在表格的[組]這一列直接輸入所要存儲(chǔ)的組號(hào)，按壓[數(shù)據(jù)存儲(chǔ)]軟件。若不想存儲(chǔ)，或刪除某一組數(shù)據(jù)，可以在表格中直接輸入所要選擇的組號(hào)，按壓[數(shù)據(jù)刪除]軟件，便可刪除所選擇的數(shù)據(jù)組（圖3）。

通過(guò)數(shù)據(jù)表格可以在線查看最近12 次的數(shù)據(jù)狀態(tài)，分析近一階段機(jī)床狀態(tài)。由于PLC 提供的數(shù)據(jù)塊功能強(qiáng)大，可以根據(jù)需要設(shè)置存儲(chǔ)容量。

圖1 預(yù)警系統(tǒng)主界面

圖2 X 軸預(yù)警系統(tǒng)

圖3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表格

圖4 Z 軸預(yù)警系統(tǒng)

4.4 Z 軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)預(yù)警（圖4）

Z 軸的操作方式與X 軸相同，最大值數(shù)據(jù)位于表格左上角，最小值數(shù)據(jù)位于表格右下角，方便區(qū)分查看。Z 軸正向回零后，啟動(dòng)數(shù)據(jù)采集程序，Z 軸向負(fù)方向運(yùn)行，分段區(qū)域位置對(duì)應(yīng)滑枕當(dāng)前的位置。

4.5 C 軸/主軸預(yù)警

C 軸/主軸采用的是大型力矩電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)。將圓周360°分為6 等分進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，其操作方式與X 軸相同，檢測(cè)主傳動(dòng)的力矩電機(jī)、軸承等環(huán)節(jié)的安調(diào)后的運(yùn)行效果。

5 結(jié)論

5.1 通過(guò)定期的采集伺服軸的數(shù)據(jù)并以此分析機(jī)械狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)判斷機(jī)械狀態(tài)趨勢(shì)，提早做出應(yīng)對(duì)措施。

5.2 一旦機(jī)床因碰撞等原因進(jìn)行大修后，可以通過(guò)預(yù)警系統(tǒng)里的出廠數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)判定大修后的機(jī)械狀態(tài)處在說(shuō)明階段，為機(jī)床檢驗(yàn)?zāi)芰Σ蛔愕挠脩?hù)提供很好的檢驗(yàn)依據(jù)。

5.3 對(duì)于機(jī)床制造商來(lái)說(shuō)，機(jī)床出廠后的數(shù)據(jù)缺失很?chē)?yán)重，無(wú)法針對(duì)每臺(tái)機(jī)床建立完整的產(chǎn)品生命周期管理檔案，通過(guò)預(yù)警系統(tǒng)軟件可以有效的補(bǔ)充這部分機(jī)床狀態(tài)數(shù)據(jù)，完善機(jī)床數(shù)據(jù)檔案。機(jī)床制造商通過(guò)長(zhǎng)期對(duì)每一臺(tái)機(jī)床數(shù)據(jù)的積累與分析，不斷改善機(jī)加工藝、裝配工藝、電氣調(diào)試等，為后續(xù)的產(chǎn)品的質(zhì)量提升，更新?lián)Q代提供有效的數(shù)據(jù)支持。