Ваш город: Челябинск

Система мониторинга вибраций (VCM)
для станков с ЧПУ


Техническое описание

1

 СОДЕРЖАНИЕ

1 Введение
2 Основные функции и свойства  
  2.1 Мониторинг суммарной вибрации
  2.2 Мониторинг вибрации отдельно взятых инструментов  
  2.3 Анализ вибраций во временном диапазоне  
  2.4 Анализ вибраций в частотном диапазоне  
  2.5 Обнаружение столкновений  
  2.6 Графическое представление вибросигнала  
  2.7 Анализ спектра вибрации характерного для конкретного станка (Vibrationsignature)  
  2.8 Многоканальные измерения  
  2.9 Сбор, сохранение и визуальное отображение данных мониторинга  
  2.10 Создание базы данных параметров вибрации станка  
  2.11 Экспорт вибрационных данных  
  2.12 Подсоединение к PLC станка и VCMSoft  
  2.13 Анализ вибраций после произошедшей аварии  
  2.14 Гистограмма использования шпинделя  
Конфигурация системы  
  3.2 Аппаратная часть  

1. Введение

Система мониторинга вибраций (VCM) представляет собой встроенное в станки с ЧПУ устройство, обеспечивающее решение многочисленных проблем связанных с вибрациями, возникающими при работе станков с ЧПУ.

VCM является микропроцессорной системой работающей в режиме реального времени и позволяющей производить анализ параметров вибрации с целью предвидения и предотвращения возможных аварий, снижая таким образом затраты связанные с выходом из строя дорогостоящих деталей и узлов станка таких как шпиндели, приводы подачи, подшипники, режущие инструменты, зажимные устройства. Встроенная экспертная система VCM постоянно отслеживает вибрацию работающего станка в режиме реального времени и анализирует параметры вибрации с целью выдачи предупреждающих сообщений и/или остановки станка в случае возникновения недопустимых вибраций - предотвращая таким образом возможные поломки и аварии. Система также позволяет потребителю распознавать возможные проблемы и принимать профилактические меры основанные на анализе спектра вибрации характерного для конкретного станка (Vibration signature).

Основные преимущества VCM на уровне управления производством заключаются в следующем:

  • Предотвращение поломок шпинделя и станка в целом при помощи функции мониторинга суммарной вибрации станка.
  • Защита режущего инструмента, а также обрабатываемой детали с использованием функции мониторинга параметров вибрации конкретного инструмента.
  • Предотвращение нанесения ущерба жизненно важным узлам станка с использованием функции быстрого реагирования на столкновения.
  • Возможность встраивания в любую систему ЧПУ основанную на персональном компьюторе либо в отдельно стоящий персональный компьютор связанный с любой как новейшей так и устаревшей системой ЧПУ.
  • Заблаговременное предупреждение о близкой поломке, позволяющее потребителю принять своевременные и оптимальные профилактические меры.
  • Система может использоваться в качестве "черного ящика" для анализа причин поломок и аварий.

2. Основные функции и свойства 

2.1 Мониторинг суммарной вибрации

Мониторинг суммарной вибрации станка осуществляется как во временном, так и в частотном диапазонах. Во временном диапазоне система VCM непрерывно отслеживает состояние станка в режиме реального времени на основе широкополосного измерения виброскоростей, виброускорений и виброперемещений в сответствии со стандартом ISO 10816.

В частотном диапазоне может быть установлен ряд перенастраевымых пределов предупредительных и аварийных сигналов для различных частотных диапазонов. Эти диапазоны покрывают весь спектр вибрации и позволяют произвести анализ уровня вибраций станка в контролируемой области на предмет превышения допустимых пределов по всему частотному спектру, относящемуся к конкретной обработке.

На основании этого анализа VCM генерирует предупреждающие сообщения или останавливает станок, в случае если возникают недопустимые условия работы, предотвращая таким образом возможные аварии.

2.2 Мониторинг вибрации отдельно взятых инструментов

Распознавая картины вибрации различных инструментов VCM способна автоматически предотвратить чрезмерные вибрации по каждому инструменту в отдельности.Таким образом VCM предохраняет шпиндель станка, режущий инструмент и обрабатываемую деталь от повреждений в процессе обработки.

Подобно мониторингу суммарной вибрации мониторинг отдельно взятых инструментов также выполняется как во временном, так и в частотном диапазонах.

Однако в этом случае анализ во временном диапазоне устанавливает общий предел скорости вибрации только внутри диапазона средних частот.

2.3 Анализ вибраций во временном диапазоне

VCM способна выполнять анализ вибрации во временном диапазоне в трех отдельных перенастраевымых диапазонах частот:

  • Низкочастотный диапазон с регулирумой шириной полос для назначения предела виброперемещений внутри указанного диапазона.
  • Диапазон средних частот с регулирумой шириной полос для назначения предела виброскорости внутри указанного диапазона.
  • Высокочастотный диапазон с регулирумой шириной полос для назначения предела виброускорений внутри указанного диапазона.

Полосы могут быть выбраны на основании конфигурации станка, условий работы и характеристик ожидаемых неисправностей.

2.4 Анализ вибраций в частотном диапазоне

VCM использует обработку с применением быстрого преобразования Фурье (БПФ) для следующих целей:

  • Запись спектра вибрации характерного для конкретного станка (Vibration signature) и его анализ
  • Анализ частотного диапазона в режиме реального времени.

В процессе анализа частотного диапазона в режиме реального времени VCM спосона произвести анализ до 10 настраиваемых диапазонов в узкополосном спектре. Полосы могут быть выбраны на основании условий работы и характеристик ожидаемых неисправностей.

2.5 Обнаружение столкновений

Система VCM производит “Аварийную остановку” станка в случае незапланированных столкновений инструмента, деталей или узлов станка.

2.6 Графическое представление вибросигнала

В системе VCM предусмотрена функция цифрового осциллоскопа позволяющая потребителю увидеть как выглядит необработанный вибросигнал во временном диапазоне.

2.7 Анализ спектра вибраций характерного для станка (Vibration signature)

Являясь системой отслеживающей состояние станка, VCM позволяет принимать предупредительные меры основанные на сопоставлении спектра вибраций характерного для конкретного станка (Vibration signature) в текущий момент времени с таким же спектром соответствующему “здоровому” состоянию станка (зафиксированному в процессе специальной процедуры записи Vibration signature в условиях нормального состояния станка). Отклонения спектра вибраций станка от спектра в “здоровом” состоянии ограничены полем допуска огибающим “здоровый” спектр. Это свойство предоставляет возможность более глубокого анализа и принятия предупредительных мер.

  • С этой целью в систему введены следующие функции:
  • Функция сохранения – используется для записи и сохранения характерных спектров вибрации станка на различных скоростях вращения шпинделя.
  • Функция усреднения – используется для усреднения замеров спектров вибрации станка с целью построения составного спектра характерных вибраций станка.
  • Функция сравнительного анализа – используется с целью выявления ихменений в условиях работы станка. Спектр характерных вибраций полученный с использованием БПФ может сравниваться со следующими данными:
    • Базовый либо эталонный спектр характерных вибраций станка
    • Предыдущий спектр характерных вибраций станка

Программное обеспечение позволяет также осуществить непосредственное сравнение относительной интенсивности каждой частотной составляющей.

2.8 Многоканальные измерения

Аппаратная часть VCM (VCM DAQ) может обрабатывать входную информацию от трех ICP акселерометров, что позволяет производить многоканальные измерения и анализ.

2.9 Сбор, хранение и визуальное отображение данных мониторинга

VCM записывает и сохраняет информацию о вибрациях с каждого канала VCM с целью их последующего анализа и сопоставления. Эта функция дает потребителю возможность отображения интенсивности вибраций прямо на экране ЧПУ в реальном времени, а также последующего просматра записанных ранее файлов.

2.10 Создание базы данных параметров вибрации станка

VCM позволяет создать специальную комплексную базу данных параметров вибрации станка содержащую следующую информацию:

  • Таблицу общих данных о станке.
  • Данные о фильтрации параметров (таких как ширину полос, число полос, коэффициент усиления ).
  • Пределы временного диапазона и назначение полос частот для предупредительных и аварийных сигна лов.
  • Набор характерных спектров вибрации станка.

2.11 Экспорт вибрационных данных

В дополнение к возможности сохранения и анализа информации о вибрации в специальных внутренних файлах, в VCM также предусмотрена возможность экспорта данных в Excel файлы с целью их последующего анализа и графического представления.

2.12 Подсоединение к PLC станка и VCMSoft

Устройство VCM DAQ снабжено программируемыми релейными выходами для прямого подсоединения к цифровым входам PLC станка. Предусмотрена также возможность сетевой связи для передачи информации о вибрациях (во временном и частотном диапазонах), предупредительной и аварийной информации в аппликацию VCMSoft, запущенную на ЧПУ или на отдельно стоящем компьютере.

2.13 Анализ вибраций после произошедшей аварии

Система VCM непрерывно записывает историю вибраций станка, что позволяет использовать систему в качестве "черного ящика". Анализ истории вибраций позволяет установить причины произошедшей аварии и узнать о возможном неправильном использовании станка. Это свойство может также быть полезным для производителей станков желающих снизить свои расходы, связанные с гарантийным обслуживанием.

2.14 Гистограмма использования шпинделя

Система VCM фиксирует и сохраняет обобщенный показатель использования шпинделя, который отражает срок его службы. Этот показатель учитывает нагрузку на шпинделе, скорость вращения шпинделя и вибрации шпинделя. Данные сохраняются с одно секундным разрешением на протяжении всего срока службы шпинделя.

3. Конфигурация системы

Система VCM включает в себя как аппаратную часть так и программное обеспечение.

3.1 Программное обеспечение

Программное обеспечение состоит из трёх частей:

  • VCMSoft – Программное обеспечение совместимое с операционной системой Windows установленное на ЧПУ или на отдельном компьюторе. ПО обеспечивает пользовательский интерфейс системы VCM, сбор и анализ данных для спектра вибрации характерного для конкретного станка (Vibration signature), сохранение данных и их визуальное представление а также сетевую связь с VCM DAQ.
  • Программное обеспечение микроконтроллера VCM DAQ – Основной функцией является сбор исходных данных с датчиков вибрации, обработка и анализ данных во временном и частотном диапазонах, передача результатов в VCMSoft а также принятие параметров настройки из VCMSoft.
  • Программное обеспечение VCM PLC – ПО установленное в PLC ЧПУ. VCM PLC обеспечивает необходимые дополнительные функции входа/выхода равно как и логические функции.

3.2 Аппаратная часть

  • Аппаратная часть состоит из: Датчик(и) вибрации – акселерометры установленные на станке и подсоединенные к VCM DAQ. Системе VCM использует промышленные акселерометры типа IEPE (ICP® или их эквиваленты) и способна работать как с одно-осными так и с трех-осными акселерометрами. Несмотря на то, что система работает достаточно хорошо с данными одно-осной вибрации, она является намного более чувствительной к определенным типам вибрации при использовании нескольких акселерометров или много-осных акселерометров (максимум 3 канала для каждого станка).
  • Устройство сбора данных (VCM DAQ) –устройство оснащенное микроконтроллером и предназначенное для измерения и обработки входных сигналов, обеспечения связи с PLC и компьюторной сетью. VCM DAQ распологается в электрошкафу станка.
 
Рис. 1: СИСТЕМА VCM, СТАНОК И ЧПУ

 

 

 

OMATIVE

Металлорежущий инструмент iscar
Зуборезный инструмент, зуборезные станки SAMP
Токарные станки широкого применения
Фрезерный станок с ЧПУ по металлу
Гильотины и ножницы по металлу, пресс для гибки металла