加工监控

2024-09-21

加工监控（精选4篇）

加工监控篇1

1 钢桁架构件工厂制作工艺

钢桁架的制作在设施配备完善的车间进行时，工艺流程是：原材料试验检验→放样→号料→下料→平直→组装成型→焊接→矫正→成品制孔→除锈→油漆→检验→出厂。该工艺流程的上、下道工序联系紧密，上道工序不合格，必定影响工序的完成，因此在监理时，必须要求施工单位严格按设计及规范的要求控制各道工序质量，不合格的半成品严禁进入下道工序。

2 原材料试验、检验、矫正

根据图纸要求购买的原材料，必须送到已具备检验资格的公司试验室进行抽样检验，钢材的抗拉强度、屈服点必须符合规范要求。同时，购买的原材料要有材料出厂合格证及材质说明。由于运输、装卸等原因，原材料可能会发生变形，给加工造成困难，故应对检验合格材料预先进行矫正，使之平直之后才能进行加工。

3 放样、号料、下料

制作时先在车间平台上按要求放出1:1大样，在核对各方位尺寸准确后，然后用圆规、直尺、石笔等工具划出下料尺线，尺寸线要准确、细致；放样时，要考虑加工余量，焊接件要按工艺要求留出收缩量：下料用自动切割机切割，加工余量为1-2mm。切割前，应将钢材表面的铁锈、油漆等清除干净；切割后，断口上不得有裂纹和大于0.1mm的缺棱，并清除边缘上的熔渣和飞溅物，给切割好的半成品进行编号，分类堆放。

4 超长构件的制作

对于长度超长的构件钢桁架，制作时要考虑吊装的因素，必须整体放样分段加工，在现场拼接，在设计接点时，同一断面上节点要互相错开，桁架钢管接头形式按设计提供的设计图纸加工，其它型钢的连接形式可根据钢结构设计手册上有关内容选取。

5 焊接

5.1 焊接工艺规程

(1）焊工：应持有行业指定部门颁发的焊工合格证书。并从事与其证书等级相应的焊接工作，并得到业主的认可。（2）重要结构装配定位焊时，应由持定位焊工资格证的焊工进行操作。（3）持证焊工无论其原因如何，如中断焊接连续时间超过半年者，再上岗前应重新进行资格考试。（4）焊工考核管理由质管部负责。

5.2 焊接工艺方法及焊接设备

(1）焊接用手工电弧焊、CO2气体保护自动和半自动焊、埋弧焊等焊接工艺方法必须符合要求。（2）为保证钢桁架工程具有优良的焊接质量，使用的主要焊接设备必须符合要求。（3）钢材焊接材料订购、进库、检验及管理必须到位。钢材质量、焊接材料的订购、进库、检验及管理严格做到：焊材的选用必须满足设计要求，钢材及焊条均必须从正规生产厂采购，所有产品均应有材料合格证、质量保证书或产品合格证，无证产品不得采购、不得入库。每批焊接材料进厂后，应由质检部门及监理工程师按检验标准进行检验，合格后方可投入使用。

每批进厂的焊接材料均应有标识，标明焊接材料的牌号、规格、检验号或批号。若产品本身不带标识则应在进厂后制做标识，严防材料混用。焊接材料的贮存、运输、焊前处理（烘干、焊丝油锈处理等），烘焙和领用过程中都要有标识，标明焊接材料的牌号、规格、厂检号或生产厂批号等，焊接材料的使用应符合制作厂的说明书和焊接工艺品评定试验结果的要求。焊接材料使用过程中应可以追踪控制，焊接时选用的焊接材料型号与工艺评定所用的型号一致。焊条从烘箱和保温筒中取出并在大气中放置四小时以上的焊条需要放回烘箱重新烘培。重复烘培次数不允许超过两次。焊接环境要求：a.露天操作的焊接现场环境应符合以下条件：钢材表面温度≥0℃，相对湿度≤80%，手工电弧焊时风速≤10M/S。b.焊接操作要求：焊接前应将工件表面的油污、灰尘、氧化皮、割渣等清理干净。不得在构件表面任意引弧损伤母材，引弧时应备引弧板或在焊缝中进行。施焊时焊通的起点，终点应平滑过渡，避免产生焊接缺陷，多层焊道应将接头错开。施焊操作应按照工艺规程中所指定的焊接参数，焊接施焊方向及焊接顺序进行。焊缝高度应满足设计要求。桁架结构施焊时应两人对称同时进行，立焊缝运行方向应为立向上。焊后要进行自检，互检，并应每班做好焊接施工记录。（4）焊接检验和返修。无损探伤必须由质检部门的专职人员担任，且经岗位培训、考核取得了相应的资格证书后按持证范畴上岗检验、检测，监理进行见证。

焊接检验主要包括如下几个方面：（1）母材的焊接材料。（2）焊接设备、仪表、工装设备。（3）焊接接口、接头装配及清理。（4）焊工资格。（5）焊接环境条件。（6）现场焊接参数，次序及现场施焊情况。（7）焊缝外观和尺寸测量。

焊缝表面与母材应平滑过度，焊脚高度要均匀一致，焊花均匀，搭接平顺，不得有裂纹，焊瘤、气孔、夹渣未焊满焊接缺陷，主要焊缝的咬边不得大于0.5mm, 次要焊缝咬边不得大于1mm。高于焊缝表面2mm以上部分应打磨平滑。钢管对接焊应与母材表面打磨平齐。焊缝外观检查的质量要求应符合（GB10854）《钢结构焊缝外观尺寸》技术规范之规定。无损探伤须在焊缝外观检查合格后，24小时之后进行。无损探伤的部位，探伤方法，探伤比例等按（GB11345）（钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级）规定施工。

6 制孔

为了确保钻孔精度和质量，采用模钻时均须有放样工放样划线划出基准轴线和孔中心，采用数控钻的其首次加工品均应为检验员首检合格后才准批量钻孔，零件、部件、构件钻孔后均需经检验员检验合格后做上合格标识才准转序。

7 构件表面处理

所有杆件、檩条及其它零部件采用喷砂除锈进行表面处理，除去焊渣，飞溅、污物及浮砂等杂物，除锈等级应达到Sa2.5级，喷砂后4小时内进行底漆喷涂防锈。喷涂将采用固瑞克高压无气喷涂机喷涂。涂层外观应均匀、平整、丰满、有光泽，不允许有漏涂、分层、起泡、剥落等缺陷。其颜色应与设计规定的颜色相一致；不允许有裂纹、剥落、针孔、咬底等缺陷。但允许有不影响防护性能的轻微流挂、刷痕，起皱和少量颗粒灰尘。涂层厚度的测定，采用漆膜测厚仪测定。其测厚点数平均值应达到规定厚度（测检点数见测定厚度抽查量）《涂料检验方法》（GB/T1764-79 (89））中漆膜厚度测定法。涂装时的环境测试和湿度由温湿度计控制。

8 验收

构件成品数量达到一跨试拼装要求时，应由在技术、质量工程师及的指导下在厂内进行一次试拼装，以检查构件的整体质量及安装情况，确保能现场顺利安装，同时由专职检验员对构件的检验、试验结果进行检查，待以上检验均合格后在构件上贴上合格证，以供包装和出厂。

结语

钢桁架工程在工厂加工较复杂，有别于一般工程。只有包含项目监理部在内的广大工程管理人员精诚协作，通力配合，才能更好地完成目标任务。

参考文献

[1]付裕.钢结构桁架式通廊设计优化与工程应用[D].济南:山东大学, 2012.

[2]汪军.大跨度钢桁架结构施工技术研究[D].天津:天津大学, 2012.

加工监控篇2

近年来, 互联网、物联网等信息技术和信息经济如火如荼地发展, 对传统制造业形成了巨大的冲击。工业4.0最早在德国被提出就是为了将通信技术、虚拟网络和实体物理网络相结合, 通过分散式增强型控制和去中心的智能化, 实现制造业从自动化向智能化的转变。

目前达成一定共识的是:工业4.0的实现将至少经历三个发展阶段, 第一阶段是实现工业自动化, 第二阶段是实现数字化工厂, 第三阶段是实现智能化制造。

第一阶段:工业自动化

现代化车间生产在综合了先进的机床设备、工业机器人、自动测量系统、自动装夹系统和物料输送等技术和系统后, 能够按照预先设定的程序和参数进行自动化生产。

但是对于机床加工环节来说, 会存在很多影响自动化加工的因素, 例如错误的程序和操作、错误的装夹、不稳定的工件材料和毛坯质量、不稳定的刀具质量、不合理的工艺参数设定, 及其他不稳定的加工工况等。除了可能引起工件的尺寸形位精度和表面质量不合格外, 加工过程中出现的各种不稳定因素和失误还可能引起各种异常状况, 比如堵屑缠屑、振动、崩刃、断刀、烧刀甚至撞刀, 对刀具、工件和机床造成无法挽回的损害, 这不但会影响自动化生产, 还会造成经济损失和浪费很多辅助时间。

Tool ScopeTM加工过程监控系统能从两方面为机床加工提供异常状态监控, 保障机床自动化生产的正常运行。

1.碰撞监测

理论上, 在加工过程前 (刀具还未切入工件) 的机床快进给阶段, 主轴包括刀具不会接触任何东西, 机床本身只有主轴旋转或工作台运动产生的轻微振动。但如果由于一些失误 (例如装刀或刀补失误、程序或操作失误、工件或夹具异常等) , 主轴包括刀具可能会撞上其他部件。机床本身无法感知到发生的碰撞, 目前机床的保护方式是只有在撞击力超过了机床的承受极限时机床才会停机, 而这时主轴、刀具及被撞部件可能已经产生了剧烈的变形, 造成无法挽回的巨大损失。

Tool ScopeTM的碰撞监测功能是在加工过程前监测机床主轴的振动 (在机床主轴附近安装一个振动传感器) , 在监测到机床振动异常加剧时, Tool ScopeTM会立即向机床发送停机指令 (Tool ScopeTM反应时间2m s) , 在碰撞发生的一瞬间就停止机床, 避免造成更大的损失 (见图1) 。而在机床正常运行或加工时不会有任何影响。

2.公差范围监控

在加工过程中 (刀具切入工件阶段) , 传统的方式是操作者需要依靠自己的经验, 通过加工过程中的声音、机床振动、目测加工部位、不断波动的功率条等方式判断加工过程是否正常, 在发生一些异常时并不能非常准确地做出判断和及时地做出反应, 并且在机床开始加工后的整个过程中, 也无法非常直观地了解到中间发生了什么。

Tool ScopeT M可以自动读取机床各个轴的负载、速度、位置等数据, 以及程序号和刀具号等信息, 因此每一把刀具的每一个加工过程都可以实时生成相应的加工曲线 (机床负载在坐标轴内随时间变化的曲线) , 从而非常直观的呈现出加工过程中的变化, 实现最基础的应用 (见图2) 。

Tool ScopeTM通过对正常的加工过程的监控, 可以自动学习到该加工过程的曲线或特征, 生成最大/最小极限值和加工曲线的公差范围边界, 在后续的生产中, 根据极限值和公差范围边界对加工过程进行监控。如果发生了崩刀、断刀、烧刀等异常情况, 其加工过程的曲线和特征相比正常的加工过程肯定有突变或很大的差异, Tool ScopeTM可以自动识别出这种突变和差异, 进而发出警报和控制机床暂停, 避免对工件、刀具和机床的进一步损坏, 提高加工过程和机床的稳定性, 降低废品率和生产风险。

第二阶段:数字化工厂

数字化工厂从产品研发设计仿真和工艺规划、生产组织和实际加工、产品质量跟踪, 到装配和物流, 将所有环节有机地结合在一起, 实现产品的全生命周期管理和全面的制造过程管理。其中一个最基本的要求是要将各个环节通过网络连接在一起, 每个环节和其他环节之间都能实现数字化的信息交换。

机床设备作为工厂中很重要的环节, 无法直接连接到工厂的信息化网络并提供数字化的数据和信息。Tool ScopeTM加工过程监控系统可以为每台机床采集数据并连接到网络, 作为工厂信息网络在每台设备上的神经末梢, 消除机床设备的信息孤岛, 纳入到车间的数字化和网络化管理。

Tool ScopeTM能够提供局部的数字化工厂解决方案, 同时能开放端口与第三方信息化管理系统进行网络化的集成应用。

1.机床数据采集和记录

Tool ScopeT M能采集所有从机床内部 (例如旋转轴或进给轴的功率、转矩等负载数据, 及目标/实际位置/速度等数据) 或外部传感器 (如振动、加速度、温度、压力和流量等数据) 读取到的数据, 在用于对机床进行监控的同时, 还能根据采样频率 (最大100Hz) 记录监测到所有数据, 以及监控生成的加工过程曲线。

Tool ScopeTM拥有自身独立的数据存储空间, 可通过USB导出或内部网络远程读取的方式, 导出PNG格式、可用EXCEL编辑的CSV格式及PDF格式等文件。Tool ScopeTM通过独立的硬件来进行数据的采集/记录和运算, 响应速度快, 全天候监控, 不占用机床本身的运算能力, 不会对机床的程序、控制和反应速度造成影响。

通过可配置的传感器数据, Tool ScopeTM使机床具备了提供数据和信息的能力, 用文件记录或网络信息交换的方式, 能够持续地提供机床状态数据和加工过程数据。

同时, Tool ScopeT M通过对加工过程的深入监控, 能提供工件在机床上的完整加工过程记录, 作为可追溯的过程质量体系文件。文件可匹配工件编号进行记录。配合电脑端的Soft Scope软件, 可以对加工过程记录和警报进行分析和回溯, 可用于问题分析和改进, 优化工艺等。

2.Tool ScopeTM自身的网络管理

每台安装于机床的Tool Scope监控器都是双网卡配置, 通过TCP/I P网线连接到内部的局域网。可在远程电脑上通过局域网IP地址直接访问Tool ScopeTM监控器, 进行数据读取和维护。Tool ScopeTM的机床数据记录、加工过程记录以及监控设置等, 都可以通过局域网自动上传至服务器, 或发送到指定的IP地址 (见图3) 。

除了能在机床操作面板上显示单机的监控画面外, 还能在远程电脑上进行远程监控显示, 以及在独立的信号线缆连接的显示屏或远程通过网络连接的显示屏上显示特定机床的实时监控画面, 或集中显示多台设备的监控画面。

3.机床运行状态显示和利用率分析

作为全天候在机床后台实时运行的设备, 可以利用Tool ScopeT M获取的机床状态数据和加工过程数据, 对机床的运行状态进行集中显示和记录, 统计实际加工时间和闲置时间, 记录运行程序号/刀具号记录和时间, 分析机床的有效利用率, 为车间设备管理提供辅助 (见图4) 。

4.无人化生产的解决方案

在实现自动化生产和数字化工厂之后, 无人化生产是一个未来的发展趋势。Tool ScopeTM为自动化生产中最不稳定的机床加工环节提供实时监控和主动的通知管理功能, 在某台机床发生异常状态时, 除了即时停机进行保护外, 可以通过运行在局域网服务器上的信息分发软件, 将相关的报警信息通过有线或无线设备通知到生产和刀具的负责人员, 保证整个系统的稳定运行和及时响应。

5.数据分享和网络化集成

Tool ScopeTM有了现场采集得到的机床状态数据和加工过程数据以及分析计算出的结果数据, 可以通过网络化集成, 按照指定的协议为第三方信息化管理系统 (如DNC/MES/PDM/PLM等) 提供数据, 达到真正高效即时的数据共享。

第三阶段:智能化制造

工业4.0的一个非常重要的目的就是实现制造业从自动化向智能化的转变。整个生产系统在通过网络化的信息管理组织和实现各个环节之间的数据信息交换之后, 还需要进一步提高其实时信息、灵活性、自适应性和可学习等能力, 具备容错能力和风险管理能力, 然后通过可实时应对的灵活生产系统和网络, 实现生产工程的高级自动化和彻底优化。另外一个特征是需要在系统中的每个环节都实现独立的增强控制, 通过去中心的智能化实现更加的柔性生产。

目前机床的状况是只能执行本地存储的NC程序, 并完全按程序的顺序执行操作, 不能自主了解加工过程和刀具的状况, 即使发生了异常状况也不会停止。

Tool ScopeT M加工过程监控系统能够赋予机床智慧, 自动判断设备、装夹、加工过程和刀具是否正常, 在发生断刀、撞刀等异常情况时立即控制停机, 保证过程安全稳定。同时还能根据实时的加工负载智能地调节进给倍率, 优化加工效率, 以及根据刀具的切削力, 判断刀具是否磨损, 降低刀具的风险和成本。

1.自适应控制

通常在编程和实际加工时, 每个加工过程和刀轨都只执行同一个进给F值, 无论加工余量如何变化或在一些难加工部位和遇到材料缺陷时, 都无法自主地适用实时的加工状况。例如, 刀具如果在遇到硬点时还是按原先速度进给, 就很有可能引起崩刃。

Tool Scope在每个加工过程的第一次运行后, 即可通过学习计算出该加工过程的理想负载, 从第二个加工过程就可以开始对进给倍率进行优化。在实时负载低于理想负载时自动按比例提高进给倍率, 高于理想负载时自动按比例降低进给倍率。进给倍率的控制范围 (最大/最小倍率值) 可以针对不同的加工内容进行单独设置。

因此, 安装了Tool ScopeTM的机床就可以在空切削和小余量时自动增加进给倍率, 提高加工效率和设备利用率, 特别适合用于有很多铣削的加工;同时, 在遇到大余量、材料硬点、刀具磨损及工况不稳定时, 机床可以自动降低进给倍率, 有效降低在加工时发生的振动、噪声等情况, 保护刀具和主轴, 防止刀具损坏, 延长刀具寿命 (见图5) 。

2.基于平均切削力的磨损趋势监控

Tool ScopeTM在每个加工过程结束后可以自动分析和计算其平均切削力, 对应加工过程数据进行分布显示。随着加工次数的增多, 刀具的平均切削力肯定会随着刀具的磨损而越来越高。

传统的刀具寿命管理方式通常是技术人员通过测量零件和观察刀具切削刃的状况等经验来判断刀具的磨损程度, 或通过按额定的加工件数强制换刀的方式来进行管理。Tool ScopeTM的平均切削力分析额外提供了一种判断刀具状况的手段, 并能通过每一次的平均切削力记录将刀具的磨损趋势进行非常直观的可视化。在基于技术人员对刀具达到最大寿命时的平均切削力有了经验数据后, 就可以为刀具设置磨损极限, 由安装Tool ScopeTM的机床来判断刀具的实时磨损状况, 并在刀具磨损后发出报警;如果机床有专门的备刀库, 还可以实现自动调用备刀。同时平均切削力分析还可以进行缺刀/缺工件检测, 为异常状态监控提供辅助。

除了为每台机床实现一定程度的智能化外, Tool ScopeTM还为客户进一步数字化和智能化建设预留接口, 面向更加开放的未来。

结语

加工监控篇3

1 过切模型

1.1 过切故障

通常在铣刀过切故障中, 大都是由于故障监控系统不够完善, 导致发生过度切削和刀具故障的情况, 而相关技术人员未能立即察觉, 导致损失了很多材料。在数控加工上, 自由曲面技术要想避免过度切削的情况, 应该对端铣刀进行改善。而端铣刀的切削角度可由对端铣刀的削切模型进行调整来完成, 以避免不必要的浪费, 也保证数控加工活动的良好运行。与以前型号的球形铣刀不同, 端铣刀在模型建立上, 过切模型与整体结构与之前相比存在很大不同。而在这个程序中, 除了管理模式结合切削过度外, 也需要考虑立铣刀加工屑空间, 以确定模切型号是否达到其标准。

1.2 自由曲面的切割变化

在加工自由曲面的渐进切割中, 通过切割模具的过程发现, 当刀具到达BB, 斜面会由侧刀进行切割;而当车辆被移动到CC, 侧刃会与预计加工斜面相交, 且端铣刀会超过规定临界点;在此之前有一点不同, 全部的体积切割变化基于原始V1改变为V1+V2 (V1在下切面, V2于顶部) 。

1.3 切削体积的变化

在一个完整的刀具运行过程中, 切削深度的直线等于工件与刀刃的实际接触线。因此, 可以判断, 在切削的正常运行中, 对体积的切削将通过临界过切来确定加工的规定表面, 以形成扇形块体积。当整个工具超过规定点时, 切削也会发生变化, 即从V1改变成V1+V2, 而其整个的运行过程也会受到影响, 为正常切削功率的 (1+V2/V1) 倍。因此, 所有的过切模式, 除了过度削减体积的变化, 原有的基础模型也发生了变化, 从而导致了过切故障。

2 故障监控中小波分析的应用

过切故障的监测方法, 如小波分析法, 及时寻找发现并解决铣刀的过切故障。它不仅要避免过切现象, 也要保证刀具的过切质量。在监测过程中, 小波分析包括如下方面。

2.1 应用小波分析所需条件

在中国的社会发展中, 自由曲面一直是数控加工中具有较高难度的工序。不但对成品质量的要求很高, 对成品的外观也一样有着很高要求。在故障监测过程中, 以下是使用小波分析法所需要注意的几点:

(1) 端铣刀的选择, 其直径应该为固定的3齿;

(2) 切口的深度被设定为0。2mm的主轴转速500R/分钟, 取样频率被设置为1k Hz。继前期准备工作, 利用KT2A/P型霍尔电流传感器电流供应, 使得其在运行过程中满足数控设备的整个运行需求。

(3) 在过切前, 需要选择为A3的钢工件材料;

(4) 在数控磨具运行过程中, 调整的斜率在40℃的角度。

2.2 小波分析基本原理

基本上, 小波故障监测方法的整个过程中, 导致信号功率的改变集中在小波分解“平滑”的地方。这些主要与发出端铣刀的过切信号有关, 但对数控工具正常运行也有影响。“平滑”地方的信号, 在外部环境和时间的影响下, 逐渐分散、缩小, 或者直接影响过切信号。在外部噪声环境情况下, 这些信号可以在原来的特点上受到干扰, 并且其功能不能有效发挥作用。情况严重时, 将会影响监控系统的运行, 数控的模具也会因此损坏。为了避免发生这种情况, 则需要建立相关的监测系统, 且管理者需定时对监测数据进行更新。实际测量中, 为了防止端铣刀在切割过程中过切, 可采用这种方式来控制过切时间。另外, 为了尽量防止过切故障的情况出现, 建立完善的制度, 除了具备相应的硬件, 还需要管理者具备一定的操作知识。在已有知识的基础上, 加强计算与操作能力, 以确保自己的操作水平达到规定要求, 而且要保证数控磨具的运行质量, 避免过切发生故障。

2.3 小波变换与过切信号

根据端铣刀的原始信号可以发现, 端铣刀的切削功率会在原有的基础上继续上升。对于过切时间, 并不能有效分辨。在整个运行过程中, 外部的背景噪声会影响切割过程, 特别是在切削速度、切削功率降低时, 会被覆盖。整个小波变换中, 刀具尺度的变化会影响函数值。同样, 一定程度上尺度数类似于一个拥有边带通特点的滤波器, 对于不同环境下的子信号可由这种滤波器进行采集。小波变换的“平滑”部分, 可以在端铣刀的运行中保持正常的工作状态, 还能在原始的基础上, 在不受噪音影响的条件下, 为刀具提供准确信号, 以判断是否过切。

3 结论

在整个数控端铣刀加工自由曲面的过程中发现, 当进行斜面切削时, 增加其切削体积应该有一个阈值, 这样增速不可超过V2/V1。运行中, 切削功率在 (1+V2/V1) 倍时, 可用于表示主轴电动机电压, 即切削功率的变化。尤其是小波分解中, 切削过程与平滑具有良好的对应关系。根据研究表明, 0.1s的计算单元就可以达到监控要求。对于故障, 从开始到控制, 不足1s。在几何数据变化的情况下, 端铣刀依然可以适应, 可监控二维轮廓球形刀的过切与曲面过切, 以构成数控加工过切监控的完整系统。

摘要：本文主要阐述小波分析法在数控加工中的应用, 以及在应用小波分析法避免过切现象发生的同时, 更详细地了解故障发生的原因, 为今后工作提供借鉴。

关键词：自由曲面,数控加工,中端铣刀,故障监控

参考文献

[1]许树新, 赵继, 王洪刚.自由曲面数控加工中过切的小波分析[J].农业机械学报, 2000, 31 (6) :104-106.

[2]赵继, 许树新, 祝佩兴, 等.曲面数控加工的过切故障建模及监控[J].机械工程学报, 2001, 37 (9) :80-82, 87.

[3]张振金, 浦艳敏.自由曲面数控加工刀位轨迹与加工精度的研究[J].辽宁石油化工大学学报, 2003, 23 (4) :45-48.