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一種基於數控係統實時監（jiān）控加速度的方法

2021-12-24 來源：武漢華中數控（kòng）股份有限公司（sī）作者：雷桂（guì）陽（yáng）韓林君鄭紅強

1.引言

數控機床紮刀，是指刀具在運動過程（chéng）中突然紮入工件，導致刀損、工件報廢甚至使機床精度（dù）受損，在加（jiā）工中要避免（miǎn）出現紮刀。

數控機床在（zài）加工過程中（zhōng）產生的紮刀故障，其中包括確定性故（gù）障和隨機性故障。確定性故障是指控製係統主機（jī）中的硬件損壞或隻（zhī）要滿足一定的條件，數（shù）控機床必然會發生（shēng）的故障 ; 隨機性故障是指數控機床在工（gōng）作過程中偶（ǒu）然（rán）發（fā）生的故障（zhàng）此類故障（zhàng）的發生原因較隱蔽，很難找出其規律性。

其中（zhōng）高速（sù）加工過程（chéng）中，由於加速度異常偶爾導致的紮（zhā）刀故障，就屬於一種隨機性故障，該問題出現概率較低，但這種隨機性故障產生影響較大。因此，數控（kòng）係統應具有加速（sù）度自監測功能，如果數控係統能夠（gòu）實時監控加速度，加速度異常時給出報警，再通過基（jī）於（yú）華中 8 型故障錄（lù）像回放功能，對錄像文件的回放和分析，可以對故障進行診斷。

一種（zhǒng）基於數控係統實時監控加速度的方法，是通過數控係統 PLC 預先（xiān）設置正常加工時的加速度範圍，當實際加工運（yùn）行時，加速度超過設置範圍，PLC 給出報警信息，機（jī）床暫停加（jiā）工。本（běn）文使用的通過 PLC 監測加速度的診斷方法的優勢在於能夠實時監測數控係統運行時的加速度，當加速度異常時，PLC 給出（chū）報警，可暫停加工，從而減（jiǎn）少由於紮刀引起的（de）各（gè）種不必要損害。

2.常見的的紮刀問題分析流程

數控係統加工（gōng）過（guò）程中出（chū）現紮刀問（wèn）題，發生紮刀的原因一般為誤操作、加工程序問題和機床故障、CNC 數控係統故障。一般數控係統出現紮刀問題的分析流（liú）程（chéng）如下圖一所示。

圖一紮刀問題（tí）分析流程（chéng）圖

3.加速度監控及機床故障診斷方法

現有加（jiā）速度監控及機床故障診斷方法（fǎ）軟件有 :

1）SSTT 軟件 :SSTT 是伺服調整工具（Servo Self Test Tools）的簡稱，主要用於配備華中 8型（xíng）數控係統的機床在線調試、診斷過程，也（yě）可以作（zuò）為一種（zhǒng）離線數（shù）據分析工具。

2）華中 8 型故障數據記錄儀 : 通過預先配置需要觸發錄（lù）像的報警，以及機床發生故障時需要（yào）錄像的采樣數據，從而在數控係統報警時記錄下（xià）相應的數據。通過對錄像數據的回放和分析，可以對機床的（de）故障進行診斷。

利用現有 SSTT 軟件進行數據采樣，第一 :需要（yào）外接設備，提（tí）供電腦進行實時數據采樣，在用戶現場（chǎng）使用不便 ; 第二 : 加速度異常時 SSTT軟件可采集到數據但數據（jù）信息龐大，無效數據較多，分析較困難（nán）。第三 :SSTT 隻可采集數據（jù）用於數（shù）據分析，無法與（yǔ）數控係統相結合，避免紮刀問題 ; 利用故障錄像功能（néng），隻可（kě）對已（yǐ）知對已知故障配置采樣數據進行分析，無法實時（shí）檢測加速度。因此，數控（kòng）係統如果具有加（jiā）速度自監測功能，實時監測加速度大小，加速度異常時通給出報警，再結合基於華中 8 型故障錄像診斷功能，對故障的捕捉和數據獲（huò）取分析提供了（le）一種全流程的故障（zhàng）診斷及新的思路。

下麵主要針對（duì）偶爾出現加速度異常（cháng）導（dǎo）致機床實際位置過衝引起的紮刀（dāo）問題（tí），數控係統監測加速度方法，數（shù）控係統如何獲取加速度，如何監控加速度異常時給出報警（jǐng），如何獲取加速度異常時的有效數據，做主要分析。分析流程圖如圖二所示。

圖二加速度異常數控係（xì）統監控（kòng）流程圖

4. 通過華中（zhōng） 8 型故障錄像功能采集

加速度過大 PLC 報警時（shí）的（de）有效數據當數（shù）控（kòng）係統監控到加速度異常時，PLC 給出報警（jǐng），此時可利用華中 8 型故障數據記錄儀（yí），將出現故障前最（zuì）後 10S 的數據進行記錄（lù）保存，通過示（shì）波器對錄像文（wén）件進行回放，對錄像數據進行分析和診斷（duàn），能（néng）夠幫助確認問題的原（yuán）因。故障錄像配置流程圖如下圖（tú）三。

圖三故（gù）障（zhàng）錄像配置流（liú）程圖

5.一種基於數控係統實時監測加速度的使用方法

5.1 加速度概念:

加（jiā）速度（Acceleration）是速（sù）度變化量與發（fā）生這一變化所用時間的比值 Δv/Δt，是（shì）描述物體速度（dù）變化快慢的物理量，通常用 a 表示，單位是m•s-2 或 m/s2，a=dv/dt。

5.2 獲取係統運行時正常加速度值

通過坐標軸參數 “加（jiā）工加減（jiǎn）速時（shí）間常數” 設置的參數值，計算正常（cháng）運行時的（de）加速度（dù）值大小（xiǎo）。加工加減速時間常數指（zhǐ） : 直線軸（zhóu）加工運動（G01、G02 等）時（shí）從 0 加（jiā）速到 1000mm/min 或從 1000mm/min 降速（sù）到 0 的時間。該參數決定了軸的加工加速（sù）度大小。

5.3 通過PLC進行監測加速度與正常運（yùn）行時加速度大小進行比較（jiào）

通過在 PLC 中獲取（qǔ）軸在移動時 1 個周期（1ms）的（de）位置（zhì）增量，即為對應的加速度，將加速度與 5.2 步驟中設定的（de）參數值計算出的加（jiā）速度進行比較，超（chāo）過範圍（wéi）時，PLC 給出報警 “對應軸—加速度過大（dà）”

表 1 數控係統監測加（jiā）速度寄存器使用說（shuō）明（míng）

6.應用舉例

6.1 問題（tí）描述

客戶現場有一台（tái）加工中心機床，在加工了（le）一個月（yuè）左右，在（zài）運行程序的時候，突然 XY 跑偏，導致撞（zhuàng）機。

6.2 問題分析

根據客戶現場提供的采（cǎi）樣（yàng）數據進行分析發現，X 軸位置跑偏時，實際（jì）位置成波浪形曲線，存在 5mm 的偏差，此時 X 軸的指令加速度達到1.8g，正常時加速度為 0.6g，分析問題原因為 :X軸的指（zhǐ）令加速度異（yì）常，軸實際運行時存在過衝，導致軸實際位置跑偏，零件（jiàn）加工時存在撞刀。加速度異常數據分析（xī）如下表 2。

表 2 加速度異常數據分析

6.3 複現過程

該問題為偶爾問題，出現概率較低，通過 5.2步驟分（fèn）析可知，正常運行時加速度大小 0.6g 左右，通過 PLC 設置加速度範圍，當 PLC 超過 1g時，PLC 增加 G3015.7 加速度過大報警，並通過故障錄像采集該報警信息，配置相關（guān）采樣點位，利用自動測試（shì）台進行長（zhǎng）時間運行現場（chǎng）程序，複現該問題後（hòu），再通（tōng）過對故障錄像文件的診斷和分析反饋（kuì）給開發部，確認為係統軟件問題。

7．結語

一種基於數控係統 PLC 實時監控加速度的方法，當加速度異常時，PLC 給出報警，再通過（guò）華中 8 型故障數據記錄儀記錄故障前最後（hòu） 10S的數據，對（duì）問題分析起到（dào）很（hěn）大（dà）的幫助。

該方法（fǎ）簡單（dān）實（shí）用，能夠（gòu）直（zhí）接在數控係統上使用，無需借助外部設備或儀器（qì），可有效避免用（yòng）SSTT 實時采樣，需要借助外部電（diàn）腦設備，采樣數據龐大，無效數據過多，分析困難的問題。

對於用戶現出現隨（suí）機性（xìng）的紮刀問題有很大的幫助。為加速度異常導致的紮刀問題跟蹤（zōng）提供了一（yī）種新的思路，可有（yǒu）效避免由於加速度異常引起紮刀所（suǒ）造成的損害。

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