数控机床的普及，使得越来越多企业选择采用数控机床代替普通机床，使用数控机床一方面可以提高生产效率及产品的精度，另一方面又可以节省劳动力，一个操作员可以同时管理多台数控机床的加工。但是数控机床在进行加工产品过程中，需要操作员频繁观察机床的运行情况，如加工刀具是否断裂、加工切削油是否供应到位等，而在交接班过程中操作员会较少，这样机床很容易出现问题，比如在长时间加工过程中，刀具很容易崩刀或断裂，如果发现不及时，会导致整个刀具结合部断裂，这样不仅增加了成本，甚至还有可能会撞坏主轴，同时影响加工效率。在切削过程中产生的废屑还会堵塞切削油的正常供应，若不及时排除，可能会供油不畅，使刀具在加工过程中发热直至崩塌，影响下一步的加工，这就凸显了监控系统的必要性。

监控系统的关键点在于：①实时反馈。由于数控机床在运行中会产生各种类型的数据，而有时候操作不当也会产生不同类型的报警指令，因此对于这些数据的分类管理就是监控系统所必需的内容。通常，一个机床的监控系统大致会对这些数据进行监控，如主轴转速、主轴负载、进给速度、伺服轴负载、伺服轴电流、刀具号和程序号。这些数据能够检测当前机床的运行状态以及内部运行的程序情况、当前所执行的指令内容等，当其中的数据与正常数据产生了差异，应及时通过监控系统进行报警。②对监控系统随处可见。基于工业以太网技术读写数控机床各项参数，对其进行状态监控、数据存储与处理、故障诊断与生产设备管理等，使管理和维护人员摆脱地理位置和条件的限制，有效地实现知识传播、资源共享和生产优化分析，及时准确地发现故障，指导操作和维护人员进行调控，延长设备使用寿命，提高企业效益。通过以太网将所有的机床数据上传至服务端，再通过各个车间访问服务端即可得知所有机床的运行状况，方便对其进行管理，也能够迅速发现问题。

国内外很多高校和企业对机床的数据监控进行了较为深入的研究，如湖北汽车工业学院利用C#设计了一套指令域数控机床加工过程动态能耗数据监控系统，通过调用FOCAS相关函数实现了对数控机床主轴和伺服轴负载、进给率、转速、运行程序段等信息的监控。Universiti Tun Hussein Onn Malaysia结合人工智能神经网络计算，实现了刀具磨损程度的预测，以此提前进行预警。

总结目前数控机床的监控研究内容，其主要分为两个方面：一方面是外在软件，即监控软件，也是现在大部分企业所进行研究的，力求能够得到一个更加人性化的监控软件以及一个实时反馈信息的软件；另一方面则是内部算法，也就是现在比较火热的人工智能算法，通过对所采集的数据进行一个预先的分析，例如比较简单的刀具磨损量的预测，以此来对可能发生的问题进行一个提前预警。

以上涉及数据采集方式和监控软件是实现监控系统功能的两个重要内容，详述如下：

1）数据采集的方式(www.daowen.com)

要想实现机床数据的在线实时监控，首先要针对机床特性完成对其的数据采集工作。但是当前的主流数控机床数控系统在机床通信接口上存在很多差异，加上数控系统本身的封闭性和多样性，使得数据采集方案缺乏通用性。目前机床数据采集的方法大致有两类，即通过数控机床自带通信接口进行采集和通过机床电气系统进行采集。通过机床电气系统采集也就是主要依靠外接电路将PLC输入输出信号传递给系统处理器芯片，并且通过外接传感器获取到信号并进行信号处理，得到数字量后传给处理芯片。最后通过网口将获取到的数据传递给上位机，并进行处理分析，又或者是通过Lab View本身集成的很多驱动程序供外部采集卡使用。因此，可以通过电脑上开启Lab View，硬件则购买企业研发的数据采集卡对数控机床进行数据获取。以上两种方法都需要对数控机床进行额外的改造，对于企业来说十分烦琐，因此绝大多数企业也会选择通过数控机床自带的通信接口对数据进行采集。目前很多国外的厂商和DNC系统开发商都有自己的一套DNC系统，并且拥有获取机床数据的能力。比如CIMCO公司开发研制出的CIMCO MDC-MAX 6、SIEMENS自主研发的MCIS，以及日本某公司的MORI-NET Global Edition等。国内也有很多公司也都实现了对机床的数据获取，其中包括北京机床研究所、蓝光等公司。国外某些软件公司还开发研制出能够对CNC设备各类信息进行自动采集，采集后通过TCP/IP将数据传送至互联网中的系统。

2）监控软件

有很多企业在对此进行研究，现在的监控系统大多都是通过以太网进行连接，由于数控系统与工业计算机需要以太网的方式连接，以太网功能主要包括远程控制、NC数据传送等。以太网板作为一个硬件接口，以FANUC的数控机床为例，只有和专用的FANUC软件合作才能实现通信。西门子的数控系统也是同样道理。但是，经过查阅FANUC以及西门子的数据手册后发现，除去其自带的软件实现通信，两个系统也已经拥有了供用户自定义的数据接口，通过调用这些数据接口的内容，可实现自行编写图形用户界面（graphical user interface，GUI）软件，以此满足各自所需的监控内容。也就是说，大部分的监控所需的内容都是大同小异的，但是每个公司的不同机床所自带的数据接口却是不同的。如何满足同一个监控软件实现对不同系统的兼容，成为目前研究热点之一。

总的来说，当前比较需要的监控系统，是一个能够同时兼容不同类型机床的系统，而且最好能够有足够的能力对已经采集到的数据进行一系列的预测，不论是通过人工智能学习，还是通过规律预测，尽可能做到提前预警为最佳，这也是监控系统检测未来的重要发展方向。

基于以太网的数控机床监控系统如图3-29所示。车间里的数控机床、服务器和监控室里的电脑通过网线连接到交换机，每台机床都设IP地址，电脑的系统软件为在Windows环境下运用FANUC以及西门子软件工具库，通过QT界面（QT，一个跨平台的C++图形用户界面应用程序框架）开发软件，以C++语言编制应用程序，对数控机床操作面板、电路动作和刀具轨迹进行监视，实现加工程序和系统参数的读写。