一种机床单元自适应提效系统的制作方法

1.本发明涉及机械加工设备技术领域，具体涉及一种机床单元自适应提效系统。


背景技术：

2.目前，现有的机械加工机床的能力未能全面发挥，针对轮毂加工行业，更换轮形次数较多、而且量大，急需通过对机床进行提效。通过大数据分析，机床大量生产时负载都在40左右，未能最大限度提高效率，而无论是机床厂家还是电机，均至少可以承受负载在60左右，所以还有较大空间进行提效。而且对于频繁更换轮形情况下，如果通过优化加工程序的话也需要大量的人力进行跟踪修改程序，且无法判断其是否有过负载情况，对机床造成损伤，并且会造成质量问题。另外，对于集成式的自动单元，因为机械手等待、配合造成的停机时间较多。


技术实现要素：

3.为此，本发明提供一种机床单元自适应提效系统，以解决现有机械加工机床未能最大限度提高效率，优化需要大量的人力进行跟踪修改程序，且无法判断其是否有过负载情况，机械手等待、配合造成的停机时间较多等问题。
4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种机床单元自适应提效系统，所述系统包括管理主机、控制盒子以及机床控制程序单元，所述管理主机与多个控制盒子通信连接，每个控制盒子分别与一个机床控制程序单元通信连接，所述机床控制程序单元设置于机床单元中，所述管理主机用于控制各控制盒子，并输入各控制盒子的控制参数，所述控制盒子用于控制机床控制程序单元，根据所述控制参数对机床单元内各机床的进给倍率进行自动调整，所述机床控制程序单元用于机床单元工作参数的采集和控制，实现对机床负载进行控制，并使各机床加工完成时间错开，避免同时加工完成，保证机床与机械手之间最少的等待时间，提高效率。
5.进一步地，所述管理主机与控制盒子通过wcf-tcp协议进行通信，所述控制盒子与机床控制程序单元通过focas协议进行通信。
6.进一步地，所述管理主机中输入的控制参数包括负载限值、粗加工刀号、提效倍率限值，所述机床控制程序单元所采集的机床单元工作参数包括机械手信号、刀具号、主轴负载、伺服轴负载、进给倍率。
7.进一步地，所述控制盒子用于在初始时对机床单元各机床加工时间进行统计，根据各机床加工时间确定各机床需要设定的最优提效倍率，所述提效倍率为机床进给倍率的修改比例系数。
8.进一步地，所述控制盒子具体用于通过结合轮毂切削工艺时的特性，在粗加工的时候不需要考虑刀纹问题，因此在粗加工时期对提效倍率进行修改，并控制其负载未超过规定的限值，以免对机床造成损伤，当粗加工结束或更换刀具时，自动使提效倍率恢复到初始值。
9.进一步地，所述机床控制程序单元具体用于获取机械手的信号，所述机械手的信号包括取轮信号和放轮信号，所述控制盒子在当获取到所述机械手的信号为准备放轮信号后，控制所述机床控制程序单元获取当前使用刀具号，如当前使用刀具号为设定的粗车刀号时，将提效倍率更改为设定的提效倍率，进而修改进给倍率。
10.进一步地，所述机床控制程序单元具体还用于获取机床的主轴负载和伺服轴负载，所述控制盒子根据统计的主轴负载和伺服轴负载检测其是否超过负载限值，根据结果对提效倍率进行修改从而修改进给倍率，当负载低于限值便提高提效倍率，当负载高于限值时便降低提效倍率，对于提效倍率的修改不超过提效倍率限值。
11.进一步地，所述控制盒子具体还用于根据电机的过负载特性曲线，当持续负载超过一定限值，则进行报警。
12.进一步地，所述管理主机还包括存储单元，用于对采集的工作参数数据以及相关控制参数数据进行存储，以便根据存储的数据通过大数据分析获取负载与提效倍率的变化关系，以对机床提效进行优化。
13.本发明具有如下优点：
14.本发明提出的一种机床单元自适应提效系统，所述系统包括管理主机、控制盒子以及机床控制程序单元，所述管理主机与多个控制盒子通信连接，每个控制盒子分别与一个机床控制程序单元通信连接，所述机床控制程序单元设置于机床单元中。可以根据机床情况设定机床的负载限值，从而根据算法对其进给倍率进行修改，写入提效倍率后自动进行提效，根据机床负载情况，实时进行修改，负载低于限值便提高提效倍率，高于限值便降低提效倍率，保持其负载的稳定。同时避免因为过负载造成的机床损伤。而且通过设定粗加工刀号，防止刀纹损坏造成的质量问题。而且可以根据机械手的取轮和放轮的信号和加工时间，将各单元的进给倍率分别设定，保证机械手最少的等待时间。而且可以把各个参数存储下来为之后的数据分析打下基础。每个控制盒子对应一个单元，保证其稳定性。同时通过管理主机集中控制，减少操作时间，提高效率。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
16.图1为本发明实施例1提供的一种机床单元自适应提效系统的结构示意图；
17.图2为本发明实施例1提供的一种机床单元自适应提效系统中机床单元的结构示意图；
18.图3为本发明实施例1提供的一种机床单元自适应提效系统中负载前后对比图；
19.图4为本发明实施例1提供的一种机床单元自适应提效系统中机床单元内各机台和机械手之间工作流程示意图；
20.图5为本发明实施例1提供的一种机床单元自适应提效系统中机床单元内各机台加工时间分析图。
具体实施方式
21.以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.实施例1
23.如图1所示，本实施例提出了一种机床单元自适应提效系统，该系统包括管理主机、控制盒子以及机床控制程序单元，管理主机与多个控制盒子通信连接，每个控制盒子分别与一个机床控制程序单元通信连接，机床控制程序单元设置于机床单元中，管理主机用于控制各控制盒子，并输入各控制盒子的控制参数，控制盒子用于控制机床控制程序单元，根据控制参数对机床单元内各机床的进给倍率进行自动调整，机床控制程序单元用于机床单元工作参数的采集和控制，实现对机床负载进行控制，并使各机床加工完成时间错开，避免同时加工完成，保证机床与机械手之间最少的等待时间，提高效率。
24.具体的，管理主机与控制盒子通过wcf-tcp协议进行通信，控制盒子与机床控制程序单元通过focas协议进行通信。通过管理主机可以输入控制盒子所需要的各种参数，包括负载限值、粗加工刀号、提效倍率限值，并可以控制盒子的启停。通过对fanuc机床的pmc程序进行修改，从而将其转化为机床程序控制单元，控制盒子可以通过修改机床控制程序单元中的参数使其可以修改机器内部进给倍率等参数，并且不影响正常的进给倍率旋钮的使用。本实施例中机器进给倍率无法直接修改，对于机器进给倍率的修改是通过修改提效倍率实现的，提效倍率为机床进给倍率的修改比例系数。控制盒子还可以存储各机床的主轴负载、伺服负载、加工时间、进给倍率等情况从而为进一步大数据分析做准备。
25.具体实施过程如下：
26.首先通过管理主机，输入控制盒子中所需要的负载限值、粗车刀号与最大进给倍率，然后将其传输至机床上，之后机床会依据设定的算法逻辑进行运行。如果该软件无法配置在服务器上，因对实时性和安全性要求较高，如因为死机传输不及时等造成进给倍率未修改，有可能会造成断刀等问题，所以需要一个控制盒子针对一台机器进行配置。
27.机床单元调整结构如图2所示。当软件开始运行时，首先对机床单元的三台机床的加工时间进行学习、分析，通过机械手取轮和放轮的指令，结合加工时间，给出三台机床各自需要设定的最优提效倍率，使三台机床可以间隔一定时间完成生产，从而使机械手分开取轮、放轮，减少等待时间。比如生产时间较长的，通过调整提效倍率缩短其生产时间，对于生产时间较短的，调整提效倍率延长生产时间。在控制时，根据单元各机床的加工时间来判断，根据每个机床的时间，选择不同的提效倍率，从而使机械手分开取轮。并且在机械手准备送轮时开始执行该软件，在机械手准备取轮子时停止软件。
28.确认后开始运行读取机械手的信号，当读取到准备放轮信号后，读取当前使用刀具号，如当前使用刀具号为所规定的粗车刀号时，将其提效倍率更改为设定的提效倍率，从而提高进给倍率。另外读取机床的主轴负载和伺服轴负载，并记录，同时如主轴负载、伺服轴负载超过设定的过负载值一定的时间，则会报警停机，不断循环。并且为了最大限度地减少写入频率，减少机床的cpu处理，当机床第一次读取到当前刀号为粗车刀号时，修改其提效倍率，之后不做修改。但是为了避免中途断线、软件死机等导致的软件控制中断，且此时
正处于粗加工期间，已经修改了进给倍率，这就会造成刀纹变粗，出现质量问题，因此在机床程序控制单元内设定为，机床内部加工程序，每段终结或更换刀具时，将其提效倍率重置为修改之前的值，如此可以避免因突发情况造成的质量问题，使之可控制。因此在循环时，会有当前刀号为粗加工刀号，但是提效倍率为原始值未修改的情况，当出现这种情况时，再次写入提效倍率。当读取到精加工刀号时，将提效倍率恢复为原始提效倍率，且对之前统计的粗加工时主轴负载和伺服轴负载情况的数值进行计算，如超过规定的负载限值时，将提效倍率减一，如低于超过的规定的负载限值时，将提效倍率加一，但提效倍率不能大于规定的最大提效倍率。
29.该软件算法逻辑根据图3所开发的大数据分析图，针对每次更换的轮形和机床进行分类分析，最终得出算法逻辑。
30.该软件对于机床单元内三个机台的控制关系如图4所示，修改之前为三台机床有可能同时加工完成都在等待机械手的动作或者同时有机台等待机械手将轮毂移送走时其他机台生产完成，这就会造成机器等待机械手完成动作，有着极大的时间浪费，修改后关系换为三台机床依次加工完成等待机械手的动作，基于三个机台的加工时间大数据进行分析，给出相应的提效倍率，使机床的加工完成时间岔开，避免同时加工完成，从而等待机械手动作，如图5，最终得出算法的逻辑。
31.本系统针对轮毂加工行业中，需要用几个机床组成单元协同完成轮毂的加工的特点，因此运用数字孪生技术，对具体轮型机床加工和机械手运行搬运轮子的过程进行模拟仿真，并根据轮毂机床不同的加工部位工艺要求以及特殊轮型的工艺要求，如加工中心负责钻孔，一序机床负责切削轮毂的外部等等，为各个机床赋予不同的参数区间，从而使各机床完成生产的时间分开，保证机械手、各机床可以更好的配合，使机械手、各机床均不会出现互相等待的时间。藉由此，完成一种专家模型的搭建，针对机械手开始和完成信号、各个机床的参数建立了一套可适用的模型；
32.对于单个机床的提效倍率，根据机床的主轴电机和伺服电机的负载值，运用大数据分析技术和轮毂行业对于钻孔时的工艺要求，对于一序、二序等非钻孔机床分析负载曲线和提效倍率的关系，进行深度学习从而得出各点可达到的安全提效倍率。对于钻孔的机床，则是运用大数据技术通过分析刀塔打钻头的情况，通过深度学习得出其提效倍率和负载的关系。
33.对比其他相似系统的特点：
34.针对轮毂加工行业中，加工不同轮型轮毂不同部位的特点进行分开分析，将切削轮辋、钻孔等位置的数据进行分开统计，已进行回归分析，相关关系更为准确，运用深度学习使各部位加工时最大限度地提效；
35.针对轮毂加工行业中，由几个机床和机械手协同作业的情况，本系统构建了一种模型，该模型使机床和机械手更好的配合，减少等待时间。通过赋予机床不同的参数，使机床可以依次完成加工；
36.充分考虑毛坯变形对与瞬时负载的影响，通过记录在运行时记录同一点的平均值，已确保不因为毛坯变形造成自适应错误调整。
37.对于行业推广的利益：
38.可以更好地保护刀具，对于机床切削时较大负载时，提前对其进行降低提效倍率，
避免切削时运行过快造成的刀具过度磨损；
39.可以更好地延长电机寿命，将电机的过负载特性曲线嵌入监控内，当电机负载超出过负载特性曲线时，自适应调整参数，以延长电机寿命；
40.对于轮毂加工行业的单元加工模式，因为存在同时完成加工的情况，而导致机床等待机械手或是机械手等待机床，未能充分应用机械手和机床的效率，根据精益生产理论，最大限度的削减等待时间。运用该系统的模型，可以使单元等待时间最小，充分提高单元的利用率，实现精益生产。
41.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。