从零开始了解数采（十一）——数控机床的采集与运用

随着制造业朝向智能化发展，CNC（数控机床）设备的数据采集已成为优化生产流程、提高产品质量、降低维护成本的重要手段。通过对CNC设备的核心数据进行采集和分析，企业能够在设备维护、刀具管理、生产优化方面实现显著提升。本篇文章将深入探讨CNC数据采集的关键技术方法、应用场景以及CNC行业中常见的品牌。

1. CNC数据采集的重要性

CNC设备以高精度、高效率著称，是制造业的核心设备之一。然而，复杂的生产环境和设备状态变化往往对加工质量和设备稳定性产生直接影响。通过数据采集，企业可以实时监测CNC设备的关键参数，预测潜在故障，优化刀具管理，从而提升整体生产效率。例如，振动数据有助于预测轴承磨损程度，温度监控可优化润滑条件，进而延长设备寿命。

2. CNC数据采集的核心参数

以下是CNC数据采集的核心参数，能够在保障设备稳定性和产品加工精度方面起到重要作用：

• 主轴转速：影响加工精度，实时监控主轴转速确保加工一致性。
• 进给速度：影响刀具切削效率和表面光洁度，通过采集此数据调整切削工艺。
• 刀具磨损状态：监测刀具的磨损情况，自动提醒更换刀具，降低不良品率。
• 温度：主轴、伺服电机、润滑系统的温度监控有助于防止设备过热。
• 振动：振动异常往往代表设备部件磨损或松动，是预测性维护的依据。
• 电流与电压：电气系统负载监控避免因过载造成的损害。

3.常用的数据采集技术及设备

要实现高效的数据采集离不开专用的数据采集设备。常用的设备有：

• 接口拓展模组：用于监听CNC控制器和控制面板，实现数据的读取和上报。部分串口控制的CNC会使用该模组进行接口的拓展。
• 交换机：CNC大多通过网口采集，因此需要交换机将不同CNC的网络集中，便于统一采集。
• CNC数采网关：用于实时采集和分析CNC报文，实现CNC1协议的解析和转换，让“机器语言”转换为可识别的“可读文本”。网关通常具备有线、Wi-Fi、4G、5G等不同的传输方式，根据现场不同的设备型号和安装位置择游使用。
• PCMCIA网卡：部分CNC在出厂时未带相关的网络传输接口，因此需要增加对应的PCMCIA网卡，插入CNC对应的插槽内，为其提供数据传输的端口。
• 边缘处理设备：因CNC所包含的数据点位较多，数据量较大，尤其是包含了许多跟主轴运动相关的坐标数据，该些数据变化非常密集，直接采集上报会对网络带宽和服务器存储造成压力，因此通常会增加边缘处理设备对CNC数据进行预加工，如清洗、去重等处理。
• 数据存储服务器：数据服务器可采用本地或云端服务器，主要用于存储CNC数据，提供数据查询相关功能，常见的软件还包括报表、看板等功能，便于工艺师或车间管理人员使用。

4. CNC行业常见的品牌

在全球CNC市场中，有许多高品质品牌提供了技术先进、功能强大的CNC设备，常见品牌包括：

• 国外品牌：
  FANUC（发那科）、Siemens（西门子）、Mitsubishi Electric（三菱电机）、Heidenhain（海德汉）、Haas（哈斯）、Mazak（马扎克）、Okuma（大隈）
• 国内品牌：
  华中数控、广州数控（GSK）、沈阳机床、大连机床、宝鸡机床

5. CNC数据采集的常见应用场景

场景一：刀具管理的智能化

通过采集刀具的使用次数、加工负荷和产品良品率，系统可以自动推荐适合的刀具类型和刀头。系统在刀具接近使用寿命时提醒更换，或自动切换至备用刀具，确保加工质量一致性。

场景二：预防性维护

基于振动、温度等参数，CNC系统在设备异常前发出预警。例如，当振动数据异常时，系统自动通知维护团队，更换磨损轴承，降低停机时间。

场景三：仓储管理自动化

系统根据刀具消耗情况，结合损耗预警自动通知仓库补充物料，避免生产线因缺少刀具而停工，实现物料管理的自动化。

场景四：远程下发加工程序

IT部门或生产管理人员通过系统将新的加工程序远程下发至设备，无需操作员手动操作，提高生产灵活性。

6. CNC数据采集的技术方案

要实现有效的CNC数据采集，需要系统性的技术方案支持。以下是几种常见的数据采集技术方案：

控制器采集方案
主流品牌的CNC，都有指定品牌的控制系统，通过各自品牌的通信协议，可读取到对应的运行参数，因其数据完整性，可作为CNC采集的首选方案。如法纳克、三菱等。

基于工业协议的通讯网络建设方案
CNC数据采集依赖可靠的通讯网络将设备数据传输至PLC或边缘计算设备。常用协议如OPCUA、MTConnect和NC-Link支持不同设备间的数据互联互通。特别是在多机协同作业中，OPC-UA等开放协议有助于企业跨品牌设备的数据集成。如西门子等。

IO输入输出监控方案
CNC通过控制机输出的IO信号进行控制，因此监控这些IO信号，可识别出CNC当前的工作状态、生产周期等数据。例如监控主轴转动的状态，可判断出CNC是否在加工中。该方案适用于老旧的CNC，或者较为小众的CNC。

7. CNC数据智能解决方案

以上所述相关方案，已包含在我们的《CNC数据智能解决方案》中，已在多个企业金属加工车间成功上线，受到广泛好评。有兴趣的朋友可以在下方评论区进行留言，我们一起探讨数采相关的技术方案。