數(shù)控機床主軸校準與顫振監(jiān)測系統(tǒng)

時間：2019-05-17作者：深圳鴻研電子科技有限公司瀏覽：358

項目簡介




提高生產(chǎn)數(shù)量與產(chǎn)品質(zhì)量始終是制造業(yè)努力追求的目標，工業(yè)4.0較勾勒出智能制造的美好愿景，促使被制造業(yè)視為是重要生產(chǎn)設(shè)備的CNC工具機（數(shù)控機床）也得因應這樣的趨勢不斷地精益求精。而數(shù)控機床制造商在積極改善自家機器性能并提升加工精度以符合客戶需求的過程中，機器校準正確與否是影響加工精度的重要因素之一。但一直以來制造業(yè)都是靠累積多年經(jīng)驗的老師傅來進行機器校準，工廠每日必須先以這種傳統(tǒng)作法來檢查設(shè)備才能正式開工；如果該廠需要制造的產(chǎn)品種類較多，每一次產(chǎn)線調(diào)整時還得再次為機器重新設(shè)定與校準。如此不科學的作業(yè)模式既繁瑣又費時，一旦作業(yè)程序有所疏失就會發(fā)生加工精度失準的問題。




另一項影響加工質(zhì)量的元兇則是顫振。當CNC機床在進行快速或深度切削時非常*產(chǎn)生顫振，由于其乃屬于較輕微的高頻振動，因此通常都較難被人所察覺，但此一現(xiàn)象不僅會降低工件的加工精度，若未能即早發(fā)現(xiàn)則惡性循環(huán)下必將損壞刀具、主軸、軸承等重要零組件。因此，要如何盡早發(fā)現(xiàn)顫振以防止問題持續(xù)惡化向來都是令設(shè)備制造商頭痛但卻又必須解決的問題。

為了減少校準時間并提高加工精度，設(shè)備制造商可以利用感測技術(shù)來協(xié)助自家機床完成自動校準與實時監(jiān)測的工作。然而，要為早已開發(fā)完成的CNC機床導入新功能，又要避免大幅較動機臺的現(xiàn)有設(shè)計，設(shè)備制造商必須先克服機箱空間有限與噪聲干擾等問題，同時還要妥善控管開發(fā)成本，以免新功能的花費過高而稀釋了企業(yè)獲利并影響產(chǎn)品之市場競爭力。研華為CNC機床提供的主軸校準與顫振量測解決方案能以小尺寸、易安裝、免插適配卡、快速開發(fā)與驗證等特色解決上述種種問題，從而讓設(shè)備制造商能以經(jīng)濟實惠的方案順利完成新功能。

系統(tǒng)需求

擁有**過五十年工具機研發(fā)與生產(chǎn)經(jīng)驗的亞洲某家加工中心機制造廠商以優(yōu)異的制造技術(shù)與對高質(zhì)量的堅持讓該公司生產(chǎn)的工具機深受****大廠的肯定。而身為***品牌的這家工具機制造廠商，其不僅持續(xù)開發(fā)高技術(shù)含量的機型，也從現(xiàn)有客戶所碰到的問題著手來優(yōu)化加工中心機的功能。近來，為了解決由老師傅校準所衍生的不確定性問題并降低機臺顫振影響加工質(zhì)量，該公司決定在現(xiàn)有CNC機床機臺內(nèi)加入主軸校準與顫振量測的功能，期能以一致性的校準與自動化監(jiān)測打造出較高效的加工設(shè)備。

由于是在現(xiàn)有的CNC機床中增加新功能而非設(shè)計一臺全新的機型，該設(shè)備制造廠商需要的是易于整合的解決方案，像是：硬件尺寸與安裝方式需配合現(xiàn)**箱所剩不多的空間；以工規(guī)等級的平板計算機作為機臺的人機控制接口；以USB外接模塊取代插適配卡之方式來完成數(shù)據(jù)的收集；數(shù)據(jù)采集模塊必須有足夠的分辨率與采樣率以快速**所需資料；避免數(shù)據(jù)采集過程中受到環(huán)境訊號之干擾而影響所收集數(shù)據(jù)的正確性；提供模塊連接IEPE傳感器。此外，該公司還提出軟件開發(fā)工具與客制化服務的需求以縮短項目開發(fā)時間，讓新的CNC機床可以早日投入市場。

 

系統(tǒng)概述

研華以10.4寸的無風扇平板計算機搭配數(shù)據(jù)采集模塊USB-4716PMS、IEPE訊號處理模塊ADAM-3017PMS、以及軟件開開發(fā)工具WebAccess/MCM所提供的自動監(jiān)測解決方案可滿足CNC機床制造商的種種需求。透過USB-4716PMS搭配ADAM-3017PMS來連接IEPE傳感器，作為操控平臺的平板電腦即能**振動信息，藉此實現(xiàn)主軸校準與顫振量測的功能。

 
系統(tǒng)架構(gòu)圖：




提供16位分辨率、采樣率可達200 kS/s的USB-4716PMS是一款掌上型、采導軌式安裝之即插即用數(shù)據(jù)擷取模塊，其能直接透過USB端口來傳送所采集的數(shù)據(jù)；而且*額外接電源線，僅靠USB供電即可運作，因此可省去拆開計算機機殼安裝適配卡的麻煩，或者像是此項目采用的是無法加裝適配卡的平板計算機也非常適合以此模塊來收集數(shù)據(jù)。研華USB-4716PMS根據(jù)產(chǎn)業(yè)需求具備了電阻電容濾波器（R-C filter）功能來獲取特定頻率范圍內(nèi)的訊號，藉此去除不必要之噪聲以確保傳送正確數(shù)據(jù)供系統(tǒng)分析。而ADAM-3017則是負責連接IEPE傳感器的訊號處理模塊，透過其內(nèi)建的4或10 mA可讓系統(tǒng)順利**IEPE傳感器的訊號，而所支持的訊號放大和抗混迭濾波功能則確保擷取之信號不會受到噪聲干擾。




軟件方面，WebAccess/MCM與DAQNavi是在智能設(shè)備預測性維護領(lǐng)域針對研華的數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品而設(shè)計的軟件開發(fā)工具包，使用者可以透過易于使用的操作接口來快速建立數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)。此外，DAQNavi軟件還提供了像是特殊設(shè)計的直覺式精靈、現(xiàn)成的應用模板與范例程序代碼、*撰寫程序即能進行組態(tài)設(shè)定及功能測試、函式庫與公用程序等多種好用的功能，藉此可協(xié)助系統(tǒng)設(shè)計工程師較快地完成應用程序的開發(fā)。

應用產(chǎn)品：

Product	Description
平板電腦	內(nèi)建Intel? Atom? D2550處理器之10.4寸工業(yè)級平板計算機
USB-4716/PMS	CNC采集200 kS/s、16位分辨率、16通道多功能數(shù)據(jù)采集USB模塊
ADAM-3017	IEPE訊號處理模塊
WebAccess/MCM DAQNavi	研華DAQ產(chǎn)品之軟件開發(fā)工具




總結(jié)：

不論是全新設(shè)計的工具機或在現(xiàn)**臺進行功能改造，擁有眾多產(chǎn)品線的研華都能針對客戶需求規(guī)劃出較適合的自動監(jiān)測解決方案。以此項目的設(shè)備制造業(yè)為例，該公司多年來已采用研華各式各樣的產(chǎn)品以便導入智能應用并提升機器性能，這一回其原本想要大幅較動機臺來新增主軸校準與顫振量測的功能，但這樣的作法既會增加開發(fā)成本、也會讓新機器難以達到Time-to-Market的目標。

 所幸，透過研華專業(yè)經(jīng)驗豐富的項目經(jīng)理仔細評估后，推薦該公司改采能即插即用的數(shù)據(jù)采集模塊與IEPE訊號處理模塊，拖過對通用產(chǎn)品的小幅修改硬件電路，因而讓其*重新設(shè)計機臺就能以具成本效益的方式來新增所需功能，而且收集來的數(shù)據(jù)還能成為設(shè)備制造商日后導入預測性維護系統(tǒng)等智能管理與維護應用時的參考數(shù)據(jù)，讓其CNC機床不僅提升了加工精度，較能讓機器變聰明以增加生產(chǎn)效率。














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