运行可靠性的电火花加工加工中心监控维护系统设计


伯特利数控 加工中心  钻攻中心  

 前言:

 

 

 

伯特利数控 备注:为保证文章的完整度,本文核心内容都PDF格式显示,如未有显示请刷新或转换浏览器尝试,手机浏览可能无法正常使用!

 

 电火花加工加工中心使用过程中,某些电器元件或机械零部件可能出现损坏或故障,降低加工中心运行的可靠性。如何通过可靠性设计提升电器元件和机械零部件的应用可靠性,预防各种故障,实现预测性维护保养,进而提高加工中心的无故障工作时间和使用寿命是可靠性工作尤其是运行可靠性工作的核心问题。张根保教援在他的文章中指出:加工中心运行因素引起的故障会占总故障的20%左右111

图1为唐贤进学者获得的某厂数控卧式加工中心的故障统计情况0。从图可以看出,加工中心使用过程中引发的故障占58.73%,其中保养不当占比达18. 09%数据进一步说明,数控加工中心正确的维护保养对于加工中心的可靠性是至关重要的。

2000年英国可靠性专家OtONNOR0指出:现有的可靠性研究局限于概率统计方法,阐述了在解决工程实际问题时容易产生误导和无效的原因。2009年 [1]意大利学者Z10 a提出:利用状态监测来确保系统可靠的运行,以减少故障,提高生产率。我国学者张根保0运用模糊集理论,建立了数控加工中心模糊可靠性分配指标体系和权重来解决传统可靠性理论的缺陷;开发了用户开机强制维护保养界面10 ,强制用户在加工中心运行前对加工中心进行保养,提升运行可靠性。

本文为提升电火花加工加工中心的运行可靠性,设计了加工中心监控维护系统,对电火花加工加工中心本体、脉冲电源进行监控和维护保养提醒;同时,针对监控维护系统的应用可靠性,对监控主板接口电路进行了可靠性设计。

1电火花加工加工中心监控维护系统总体设计

电火花加工加工中心主要包含加工中心本体、数控系统、脉冲电源、工作液系统、气路系统等部分。监控维护系统需要依据加工中心状态信息的实时采集、历史维护数据等制定维护策略,并通过人机接口、蜂鸣器等方式预警,报警给操作和维护人员。

如图2所示,电火花加工加工中心监控维护系统包含主控制器和从设备两部分。主控制器采集温湿度、高度、震动、GPS等加工中心工作环境信息;通过RS485总线实现各从设备监控节点传感器的分布式数据采集;通过以太网或者无线网络与数控系统和服务器进行通讯。主控制器的液晶屏可以显示这些从设备采集的数据、维护提醒,也可以配置设备编号和远程服务器地址。

2主控制器硬件及接口可靠性设计

图3是电火花加工加工中心监控维护系统主控制器硬件框图。控制器采用具有高性能、低功耗、多接口的ARM Cortex-A8内核微处理器作为主处理器,协处理器采用超低功耗ARM Cortex - M3微处理器。主监控CPU主要功能是进行电压、电流、温度、高度等数据的采集和通过以太网或者3G无线网络与数控系统通讯,并且进行数据处理和维护策略等运算。协处理器MCU主要功能是读取GPS数据、采集震动参数、进行智能电池电源管理等。主监控CPU与协处理器MCU之间通过串口进行通讯。

2.1网络接口设计

 

主控制器通过以太网上传监控数据。本系统采用千兆以太网接口,充分考虑传输带宽的同时,通过接口可靠性设计提升监控可靠性。图4是设计的电火花加工加工中心监控维护系统主控制器以太网接口的原理图。

 在图4a中,四对差分线阻抗控制为100 〇,通过1:1千兆变压器隔离保护内部电路;在图4b中,在变压器输出到连接器之间通过TV S管及串接电阻实现对静电和浪涌电流的吸收;在图4C中,通过气体放电管实现接口的雷击防护。

2.2控制器RS485接口

主控制器与加工中心的传感器及采集节点往往在不同的位置,需通过现场总线将数据实时传输到主控制器,以便实现监控和管理。RS485总线采用平衡发送和差动接收方式实现通信,具有很高的通信可靠性,同时因其简单、成熟、低廉、便于维护等特点广泛应用于工业现场中。本设计采用ADUM2587进行接口可靠性设计。ADUM2587 具有 2.5 kV mis 隔离电压,±15 kVESD保护,开路、短路故障保护等特性,并集成隔离DCDC转换器。利用ADUM2587的开路、短路故障保护功能,在单个设备节点出现异常时不会影响其他节点的通讯。图5为其典型电路原理图。

据此,并充分考虑可靠性设计,主控制器的RS485电路原理图优化为如图6a所示。

6bJ241脚为主控制器的接口地。RS485的接地问题常常被忽视,误认为RS485不需要信号地,认为节点间只需要一根双绞线将AB端连接起来就可以了。虽然这种方式在某些情况下也可以工作,但RS485的收发器只有在共模电压不超出-7 ~ +12V的条件下才能正常工作。因为接收端的共模电压等于发送端的共模电压加上地电位差,若两端接地线未连接,共模电压可能超出上述正常工作范围,进而影响通信的可靠性,甚至损坏接口 63。因此,采用低阻的信号线或屏蔽层将两端接口的工作地连接起来,使地电位差为零,是总线通讯可靠性设计不可或缺的

根据传输线理论,在RS485网络的两端加入终端电阻(图6bR99)来吸收网络上的反射干扰。RS485总线处于空闲状态,需要有上拉电阻(图6bR85)和下拉电阻(图6bR86)来确保AB线之间有一个确定的空闲电位。

RS485总线只是定义了接口电平等物理层标准,上层协议尚需根据实际工程的需要来定义。通常数据包协议格式由引导码、长度码、地址码、命令码、数据、校验码、尾码等组成,协议不够简练。Mod-bus 协议以 其简练 、开放 、成熟等特点 在工控 、水 文、电力等行业的设备及系统中得到了广泛的使用。本文采用Modbus协议来进行主设备和各从设备之间的通信。

3电火花加工加工中心监控维护系统软件开发

3.1主控制器程序流程

主控制器主要完成两个功能:一是通过各传感器及节点获取加工中心实时状态;二是对数据进行分析汇总,并在本地和远端呈现给维护人员加工中心状态和维护提醒。

首先,系统上电后,进行初始化操作,主要包括设置通讯接口、定时器、开门狗、传感器等内容。初始化完成后,主控制器配置从设备节点,包括节点数量、节点地址、节点通讯速率等内容。从设备节点配置完成后,控制器开始对从设备节点进行扫描,并对获取到的节点报文进行处理。

控制器将来自服务器的报文分为服务器配置报文、服务器查询报文、服务器维修知识库更新报文三类:控制器接收从设备节点报文后,结合维护知识库,执行维护决策算法,并在HMI更新维护提醒。参见图7所示程序流程图。本控制器的设计中,控制器可以将状态及维护信息上传到远端服务器;同时,控制器可以脱离服务器单独运行,并通过HMI实时呈现加工中心状态和维护提醒信息;控制器还可以根据扫描节点数的多少及故障状态情况,自动配置节点、调整扫描时间间隔等,既降低了通信故障率,又可以通过提升故障扫描间隔来准确获取故障状态数据,进而提高加工中心的可靠性与安全性。

3.2控制器人机界面设计

控制器的人机界面按照简单可靠的原则进行设计。图8界面主要包含加工中心监控和维护两个部分。系统分别对油泵、过滤系统、各核心模块的温湿度、各轴状态进行实时监控,并在监控菜单显示:系统依据监控数据及各模块维护的历史经验,制定维护策略,通过进度条直观地显示在维护菜单上。

4结语

(1)  为提升电火花加工加工中心的运行可靠性,本文设计了 _种电火花加工加工中心监控维护系统,详细讨论了电火花加工加工中心监控维护系统控制器的可靠性设计内容和需要注意的问题。

(2) 系统采用分布式总线实现控制器与节点、控制器与服务器的通讯,控制器可独立工作,节点具有很强的容错能力,有效地提高系统的可靠性、安全性。

(3) 图9是本文依据上述研究设计完成的电火花加工中心监控维护系统控制器装置,在A35数控电火花成形加工加工中心上进行了初步应用和验证,达到了的预期的目的。

本文对电火花加工加工中心的运行可靠性工作进行了初步的探讨,抛砖引玉,希望引起业界学者的关注,后续工作还需积累更多的加工中心数据,优化维护策略,进而更好地提升电火花加工加工中心的运行可靠性。


 

 

 

伯特利数控是一家集销售、应用及服务于一体的公司。产品包括:CNC加工中心钻攻中心龙门加工中心雕铣机石墨机五轴加工中心立式加工中心卧式加工中心等。我们机床的生产工厂设在广东省东莞市,目前其生产的加工中心70%出口,其中出口到欧洲占到50%。我们尽心、尽力、尽意的服务!

 声明:本站文章均来自网络,所有内容不代表本站观点,本站不承担任何法律责任!

标签: 加工中心  
分类: 加工中心  
上一篇基于现代工业设计理念的加工中心设计
下一篇在线最小二乘支持向量机的数控加工中心热误差建模与补偿

加工中心  相关内容

——

16

2018-10

超重型数控龙门移动加工中心设计

0 引言近年来,我国机械工业进入高速发展阶段,机械市场对重型机床、超重型机床要求明显提升。为了满足市场需求,就一定要提升超重型数控龙门移动加工中心效能,对其设计进行深入研究。同时提高超重型数控龙门移动加工中心加工能力,有利于提高我国工业实力和基础装配的制造实力,满足我国冶金业、电… [了解更多]

16

2018-10

数控龙门加工中心专项修理方案

1 设备简介XK2130 数控龙门镗加工中心,武汉重型机床厂生产,2007 年到货,2009 年9 月安装调试完成投入生产,工作节奏为两班制, 设备总体状况良好,目前在用,未进行过大修。2 设备现状说明目前设备的几何精度及位置精度超差,使精密工件及精加工工件不能满足图纸要求 [1… [了解更多]

15

2018-10

龙门五面加工中心数控精度恢复探索实施

1 背景介绍数控机床做为一种高精度、高效率、稳定性强的自动化加工设备,已经成为机械行业必不可少的现代化技术装置。数控机床的数控精度是影响其高精度性能的一个重要方面,因而也是数控机床确保加工过程中精度的一个重要项目。公司 08 年购买的 TKA57200X400 型数控龙门五面加工… [了解更多]

15

2018-10

HNC-21M系统用于镗铣加工中心再制造

福建浔兴拉链科技股份有限公司于 2006 年向武汉华中数控系统有限公司购买的 XK731 数控镗加工中心,采用华中Ⅰ型 HC- NC-IHA 数控系统控制。该系统是由华中数控系统有限公司研制开发的基于PC-NC 的经济型数控系统,其结构是在个人 PC 计算机(486 以上)安装控… [了解更多]

31

2018-07

加工中心精度调整检查表C04-022

加工中心精度调整检查表机床型号:机床编号:检查日期:检查项目测试方法与图表容许差mm测量值判定签字Z轴相对于XY轴垂直度用直角规测量X、Y轴最大差值Z轴相对于测量圆筒X轴倾斜度0.01/300mmZ轴相对于测量圆筒Y轴倾斜度0.01/300mmZ轴相对于工作台顶面平行度Z轴相对于… [了解更多]


产品中心

——