基于机床功率信息自动采集机械加工任务进度状态的方法

摘要

基于机床功率信息自动采集机械加工任务进度状态的方法，该方法针对目前制造企业信息系统现场控制层的数据采集问题而提出。该方法依据机床在运行中主电动机功率信息及信息特征和周期特征的变化与重复达到机械加工任务进度状态自动采集的目的。对于批量加工自动获取进度状态的步骤为：①记录示教过程功率曲线，并分析、提取信息特征；②将示教之后同批零件与的功率曲线和信息特征与示教相比较，获得生产计划进度状态信息。对单件加工自动获取进度状态的步骤为：①建立空载数据库；②计算切削功率；③形成近似功率曲线；④实际功率与近似功率比较，自动获得工件的进度状态信息。

说明书

技术领域

本发明涉及到机械制造业、通讯技术领域，属于制造系统中的信息采集以及信号处理方法；具体涉及一种基于机床功率信息自动采集机械加工任务进度状态的方法。

背景技术

所谓机械加工生产任务是确实每一具体的最终产品在每一具体时间段内生产数的计划。生产计划根据客户合同和市场预测，把经营计划或生产大纲中的产品系统具体化，使这成为展开物料需求计划向具体计划过渡的承上启下的作用。

目前，大部分制造企业已实施了企业信息化工程，以加快企业发展前进的步伐。然而在企业信息系统实施的过程中遇到一些困难，即底层生产现场数据亦即机械加工任务进度的自动采集问题，其包括批量加工中已加工零件数量和正在加工零件加工进度状态以及单件生产任务进度状况等重要信息很难被采集。目前，企业大都靠人工定期的统计来完成机械加工任务进度状态的采集。这种人工定期统计的方法造成以下3个问题：①数据反馈不及时；②人工统计容易出错；③耗费人力资源。这必然就会影响企业信息化系统本应产生的效益。

    发明内容

针对目前生产现场机械加工任务进度状态数据采集存在的上述不足，本发明的目的是提供一种数据反馈及时、统计准确、降低人力成本的采集企业机械加工任务进度的方法。

本发明的技术方案是：基于机床功率信息自动采集机械加工任务进度状态的方法，是在机床电机和变频器之间引入功率传感器，功率传感器通过模/数转换模块与终端连接。用于信息采集和处理的终端通过采集机床运行过程的功率(包括与功率具有函数关系的电流或功率因数等)曲线，提取工件的加工过程功率信息特征和周期特征，通过特征分析和比较，自动获得机床加工任务的状态信息。

对批量加工而言，终端自动获取进度状态的步骤为：

①利用计算机或嵌入式系统等终端记录批量加工中示教零件加工过程中机床主电机的功率过程曲线，并分析、提取该加工过程功率曲线的信息特征；

②记录示教之后同一批零件加工过程功率曲线并提取其信息特征，与第①步中所记录的功率过程曲线和信息特征进行比较，从而自动获得机械加工任务进度状态信息，包括已加工完成的工件数量和正在加工工件的动态进展情况；

③累加记录已加工零件数量，即获得已经加工完成的工件数量；

④通过比较零件加工过程与示教加工过程中机床主电机的功率信息及其特征，得到正在生产零件加工进度。

对单件加工而言，终端自动获取进度状态的步骤为：

①利用终端贮存机床各级转速下的空载功率数据库；

②根据待加工工件的切削参数计算切削功率曲线；

③将切削功率曲线与相应的空载功率相加，形成工件加工过程机床主电机的近似功率曲线；

④记录实际功率曲线与上述近似功率曲线比较，即可获得正在加工工件的进度状态信息。

本发明利用机床主电机的功率信息来实现机械加工任务进度状态的自动采集，相比现有技术具有以下优点：

①功率信息反应较快，能及时反应实际加工情况；

②功率信息包括加工过程的绝大部分加工信息，有利于实时监测加工过程的变化情况；

③功率信息采集方法简单，且不影响正常生产；

④功率信息的采集方法稳定，不会因加工系统的改变而改变；

⑤统计数据准确，节约人力资源。

经实践检验，该方法是有效且可行的。利用本发明将解决机械加工任务进度状态的自动采集问题，从而增加企业的效益。

附图说明

图1为本发明一种具体实施例硬件连接图；

图2A为批量加工终端中所记忆的示教零件的功率过程曲线；

图2B为批量加工中示教之后零件加工过程的功率曲线；

图2C为批量加工中某件正在加工零件的加工过程功率曲线；

图3为批量加工机械加工任务进度状态自动采集方法流程图；

图4为单件加工机械加工任务进度状态自动采集方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明

本发明基于机床功率信息采集机械加工进度状态的方法，是在机床电机和变频器之间引入功率传感器，功率传感器通过模/数转换模块与计算机终端连接。参见图1可知，从硬件方面来看，主要硬件包括：

(1)功率传感器(模块)  负责采集机床主电机输入功率信息并对该信息进行滤波及放大处理。

(2)模/数转换模块  负责将模拟信号转换为数字信号以供下一步使用。

(3)终端  此终端为系统核心部分，负责记忆、分析、比较和判断机床主电机输入功率过程信息及其信息特征，获取机械加工任务进度状态。

实施例1：

批量加工机械加工任务进度状态自动采集具体实施例：

加工工件：某摩托车零件

机床：CKA6140

传感器：WBQ212P71

终端：iTouch121A(-T)嵌入式信息终端

模/数转换器：HTK-NDC1以太网现场测控服务器

三道工步：①切削外圆面

          ②切削端面

          ③切削端面

在变频器带动异步电动机的驱动系统中，批量加工机械加工任务进度状态采集流程如图3所示，①本发明利用功率传感器采集由变频器输出的功率信息；②传感器输出0~5V模拟电压信号，并输出到A/D转换器进行模数转换得到数字信号；③A/D转换器将数字信号送入终端进行处理；④终端处理得到批量加工中零件加工过程的功率信息及其信息特征曲线，如图所示，图2A为终端中所记忆的示教零件(通常为第一件)的功率过程曲线，图2B为批量加工中示教之后零件加工过程的功率曲线，图2C为批量加工中某件正在加工零件的加工过程功率曲线；⑤获得批量加工中机械加工任务进度状态，终端分析比较图2B与图2A，图2B完成了终端所记忆的零件加工过程功率曲线，由终端累加前面记录已加工工件数量，即可获得已经加工零件数量；分析和比较图2C中功率曲线进度在图2A中所占的比例即可获得正在加工零件的加工进度状态。最后终端将该生产计划进度采集结果上传，以供上层使用。至此，基于机床功率信息批量加工机械加工任务进度状态自动采集结束。

实施例2：

单件加工机械加工任务进度状态自动采集具体实施例：

硬件连接图同批量加工，如图1示。在变频器带动异步电动机的驱动系统中，单件加工机械加工任务进度状态采集流程如图4所示。其数据采集方法与批量加工相同。终端自动采集方法为：

①在加工之前查询到空载数据库不存在，起动机床，使用不同转速，得到各级转速下的空载功率，形成空载功率数据库；②根据加工工序要求得到切削用量，由理论公式计算理论切削功率；③将理论切削功率与之对应转速下的空载功率相加，得到理论功率曲线；④在工件加工时，取得机床主电机功率曲线，比较实际功率曲线在理论加工曲线中所占比例即可获得加工工件的加工进度状态。最后终端将该生产计划进度采集结果上传，以供上层使用。至此，基于机床功率信息单件加工机械加工任务进度状态自动采集结束。

本发明的具体实例是在现场控制层实现批量加工中机械加工任务进度状态自动采集的应用。批量加工中机械加工任务进度状态指已加工零件数量和正在加工零件进度状态等。利用本发明可以快速有效地得到机械加工任务的进度状态，为上层的分析提供即时可靠的数据。另外，也可以通过该原始功率信息来实现对设备的监控，可为设备的性能评价、合理利用、安全运行、故障诊断及设备自动控制打下基础。它通过机床并利用计算机或嵌入式系统等信息终端采集与处理功率信息来实现机械加工任务进度状态的有效自动采集，从而使企业信息系统发挥更大的作用。