CNC运动轴负载自动报警装置及其方法与流程

本发明涉及一种工业生产用途的自动报警装置及其方法，特别是一种cnc运动轴负载自动报警装置及其方法。

背景技术：

随着科技的发展和工业4.0生产的大力推进，现代制造业的生产方式也发生了巨大的变化，尤其是随着我国人口红利的消失和人工成本的不断增高，机械加工的数控化、自动化也逐渐在取代传统的人工操作的加工方式，新技术的应用不仅极大的提升了加工效率和加工质量，也极大的改善了工人的劳动强度和劳动环境，但是数控化和自动化的大力推进，并不能完全取代人工的监管，特别是设备超负荷运行的时候。目前企业在生产过程中，cnc加工中心（即数控机床）并没有对设备进行负载的监测，也没有对超负荷的预警，而设备长时间超负荷运行后很容易损坏设备，不仅维修成本较高，也耽搁了生产进度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种可实现预警的cnc运动轴负载自动报警装置及其方法，以便将设备的损坏概率降到最低。

解决上述技术问题的技术方案是：一种cnc运动轴负载自动报警装置，包括采集器、电脑、报警器、plc可编程控制器，所述的采集器的输入端与cnc加工中心的x轴、y轴、z轴和主轴连接，用于对各个运动轴负载数据进行采集；采集器的输出端与plc可编程控制器的输入端连接，用于对各个运动轴负载数据进行计算；plc可编程控制器的输出端与电脑的输入端连接；电脑的输出端分别与报警器、cnc加工中心的输入端连接。

本发明的进一步技术方案是：所述的电脑采用工业平板电脑。

本发明的进一步技术方案是：所述的报警器包括用于报警cnc加工中心x轴超载的声光报警灯ⅰ、用于报警cnc加工中心y轴超载的声光报警灯ⅱ、用于报警cnc加工中心z轴超载的声光报警灯ⅲ和用于报警cnc加工中心主轴超载的声光报警灯ⅳ。

本发明的进一步技术方案是：所述的电脑还与mes系统相连接，实现设备超载数据的上传，供生产部门的生产计划参考。

本发明的更进一步技术方案是：所述的mes系统的输出端还与工业数据云端连接，用于对数据的进一步应用与分享，提升数据的价值与作用。

本发明的另一技术方案是：一种cnc运动轴负载自动报警方法，该方法是通过采集器分别对cnc加工中心的x轴、y轴、z轴和主轴的负载数据进行采集，然后将各个运动轴负载数据传输至plc可编程控制器进行计算后传输至电脑，电脑将各运动轴的负载数据与设定负载进行比对，如果出现各运动轴实际加工的负载数据大于设定负载数据的情况，及时发送停止命令至cnc加工中心停止加工设备，同时输出报警信号至与该运动轴相对应的报警器，并对相应的超载数据信息进行存储和输出；报警器接收到报警信号发出声光报警提醒操作者。

本发明的进一步技术方案是：所述的电脑将各运动轴的负载数据与设定负载进行比对的具体方法是：通过在加工现场针对不同的加工零件、选择的刀具以及加工的各种参数采集得到的实际加工的各轴负载数据，然后以此实际负载数据为基础按增加20%的数值为设定负载值，即设定负载值=实际负载值×（1+20%），该运动轴的负载值必须稳定在设定负载值内运行。

本发明的再进一步技术方案是：所述的出现各运动轴实际加工的负载数据大于设定负载数据的情况包括因为刀具磨损或损坏而引起的切削力增大、因为加工材料变化或质量不稳定而引起的切削阻力增大、因为机床导轨润滑不充分而引起的移动摩擦力增大、因为驱动电机故障而引起的移动负载增大。

本发明的再进一步技术方案是：各个运动轴的超载数据还上传至mes系统，供生产部门的生产计划参考。

本发明的更进一步技术方案是：各个运动轴超载数据还由mes系统上传至工业数据云端，以便对数据的进一步应用与分享，提升数据的价值与作用。

由于采用上述结构，本发明之cnc运动轴负载自动报警装置及其方法与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.可实现对cnc运动轴负载进行自动报警

由于本发明包括采集器、电脑、报警器，采集器的输入端与cnc加工中心的x轴、y轴、z轴和主轴连接，用于对各个运动轴负载数据进行采集，采集器的输出端与电脑的输入端连接；电脑的输出端分别与报警器、cnc加工中心连接。当电脑将采集器采集到的各运动轴负载数据与设定负载进行比对，出现负载过大的情况时，电脑及时停止加工设备，同时输出报警信号至报警器，并对相应的超载数据信息进行存储和输出；报警器接收到报警信号发出声光报警提醒操作者。因此，本发明可实现对cnc运动轴负载进行自动报警。

2.可将设备的损坏概率降到最低

本发明可实现对cnc加工过程中各运动轴的负载进行实时监测，同时设置可靠的预警数值，只要运动轴的负载超差，电脑就会及时停止加工设备，并实现相对应的超载报警，同时对超载的数据进行保存，便于设备运维人员的及时介入和维护，从而将设备的损坏概率降到最低，以此实现设备的良好运维和运行寿命最大化。

3.可保证生产进度

由于本发明实现了对超载的提前预警，可将设备的损坏概率降到最低，使生产能够正常运行，保证了生产进度。

4.使用和维修比较方便

由于本发明可实现cnc各运动轴负载的声光报警功能，可以让操作者和设备运维部门更直接的了解设备的使用情况，使用和维修都比较方便。

5.达到优化生产计划和管理的目的

本发明可实现cnc各运动轴负载数据的存储与传输功能，各个运动轴的超载数据还上传至mes系统，供生产部门的生产计划参考；mes系统还将该超载数据上传至工业数据云端，可对数据的进一步应用与分享，提升数据的价值与作用。因此，可以实现cnc设备的加工状态和设备运行数据的存储、开发和利用，从而可达到优化生产计划和管理的目的。

6.便于实现智能工厂的打造

本发明可实现各种自动化运动部件和机械手运动部件的负载检测，便于实现智能工厂的打造，助力工业4.0的实施与落地。

7.对企业的设备运维和安全操作有较大的使用价值和现实意义

本发明不仅能实现各轴负载数据的采集，也能实现负载数据的计算与对比，并以开关信号和数据传输的形式输出多种变量供操作者使用，同样该装置也可以适用于检测各种自动化移动部件和机械手运动部件的负载情况，并实现数据的传输与报警，对企业的设备运维和安全操作就有较大的使用价值和广泛的推广意义。

下面，结合附图和实施例对本发明之cnc运动轴负载自动报警装置及其方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：实施例一所述本发明之cnc运动轴负载自动报警装置的结构示意图，

图2：实施例一所述本发明之cnc运动轴负载自动报警装置的原理框图。

1-采集器，2-电脑，3-报警器，

301-声光报警灯ⅰ，302-声光报警灯ⅱ，303-声光报警灯ⅲ，304-声光报警灯ⅳ，

4-外壳，5-电源开关，6-plc可编程控制器，7-mes系统，

8-工业数据云端，9-cnc加工中心。

具体实施方式

实施例一：

一种cnc运动轴负载自动报警装置，包括采集器1、电脑2、报警器3、外壳4、plc可编程控制器6，其中：

所述的采集器1采用dlink采集器，该采集器1安装在外壳4内，采集器1的输入端与cnc加工中心9的x轴、y轴、z轴和主轴连接，用于实现对各个运动轴负载数据的采集和传输，采集器1的输出端与plc可编程控制器6的输入端连接；

所述的plc可编程控制器6安装在外壳4内，该plc可编程控制器6的输出端与电脑2连接，用于对各个运动轴负载数据进行计算。

所述的电脑2采用工业平板电脑，该电脑2安装在外壳4上，电脑2的输出端分别与报警器3、cnc加工中心的输入端连接。所述的电脑2将cnc加工中心各运动轴负载的采集数据与设定允许负载数值比对，确认各运动轴的负载是否存在超差情况，如果超差，则向报警器输出相应的声光报警，并对相应的超载数据信息进行存储和输出，以及通过显示屏显示，同时停止cnc加工中心的运行，等待操作人员和设备运维人员的介入。该电脑2还通过rs-485通讯接口与mes系统7相连接，实现超载数据的上传，供生产部门的生产计划参考。mes(manufacturingexecutionsystem)系统即制造企业生产过程执行系统，该mes系统7的输出端还与工业数据云端8连接，用于对超载数据的进一步应用与分享，提升数据的价值与作用。

所述的报警器3包括用于报警cnc加工中心x轴超载的声光报警灯ⅰ301、用于报警cnc加工中心y轴超载的声光报警灯ⅱ302、用于报警cnc加工中心z轴超载的声光报警灯ⅲ303和用于报警cnc加工中心主轴超载的声光报警灯ⅳ304，各个声光报警灯分别安装在外壳4上。

所述的外壳4上还安装有用于实现开机与关机功能的电源开关5。

实施例二：

一种cnc运动轴负载自动报警方法，该方法是通过采集器1分别对cnc加工中心9的x轴、y轴、z轴和主轴的负载数据进行采集，然后将各个运动轴负载数据传输至plc可编程控制器进行计算后传输至电脑2，电脑2将各运动轴的负载数据与设定负载进行比对，如果出现各运动轴实际加工的负载数据大于设定的负载数据的情况，及时发送命令至cnc加工中心停止cnc加工中心的加工运行，等待操作人员和设备运维人员的介入；同时输出报警信号至与该运动轴相对应的报警器，并对相应的超载数据信息进行存储和输出；报警器接收到报警信号发出声光报警提醒操作者。

所述的电脑将各运动轴的负载数据与设定负载进行比对的具体方法是：通过在加工现场针对不同的加工零件、选择的刀具以及加工的各种参数采集得到的实际加工的各轴负载数据，然后以此实际负载数据为基础按增加20%的数值为设定负载值，即设定负载值=实际负载值×（1+20%），该运动轴的负载值必须稳定在设定负载值内运行。

所述的出现各运动轴实际加工的负载数据大于设定负载数据的情况包括：因为刀具磨损或损坏而引起的切削力增大、也包括因为加工材料变化或质量不稳定而引起的切削阻力增大、也包括机床导轨因为润滑不充分而引起的移动摩擦力增大，同时还包括因为驱动电机故障而引起的移动负载的增大等多种情况。

各个运动轴的超载数据还上传至mes系统7，供生产部门的生产计划参考；mes系统7还将该超载数据上传至工业数据云端8，以便对数据的进一步应用与分享，提升数据的价值与作用。