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        故障診斷技術(shù)在數(shù)控機(jī)床主軸診斷中的應(yīng)用

        2011-06-23 03:02:14楊蘭
        裝備制造技術(shù) 2011年12期
        關(guān)鍵詞:時域數(shù)控機(jī)床主軸

        楊蘭

        (常州機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)械工程系,江蘇 常州 213164)

        數(shù)控機(jī)床機(jī)械零部件故障,是影響零件加工品質(zhì)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵因素,是設(shè)備維修人員及廣大科技工作者著力研究的主要內(nèi)容。

        機(jī)械故障診斷技術(shù),在往復(fù)機(jī)械、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、軸承、齒輪等設(shè)備和零部件的故障診斷中,應(yīng)用得非常普遍。尤其是振動診斷方法,也已比較成熟,給企業(yè)帶來了可觀的經(jīng)濟(jì)效益。機(jī)械故障診斷技術(shù),在數(shù)控機(jī)床故障診斷中的應(yīng)用也日益廣泛。

        數(shù)控機(jī)床內(nèi)部結(jié)構(gòu)的某些故障,系統(tǒng)一般不呈現(xiàn)報警信息,診斷故障比較困難。故障的監(jiān)測、識別和預(yù)測,可通過對振動、溫度、噪聲等物理量進(jìn)行測定,將測定結(jié)果與正常值或規(guī)定值進(jìn)行比較分析,以判斷機(jī)械系統(tǒng)的工作狀態(tài)是否正常。如數(shù)控機(jī)床的主傳動、進(jìn)給傳動等,運(yùn)行過程中會產(chǎn)生振動、噪聲、溫升等異常信息,因此可通過安裝在主軸箱、工作臺某些特征點上的傳感器,測量其振級,位移、速度、加速度及幅頻特征等,達(dá)到對故障進(jìn)行監(jiān)測和診斷的目的。

        數(shù)控機(jī)床主軸部件,是機(jī)床實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的執(zhí)行件,安裝在主軸內(nèi)的工件或刀具實現(xiàn)主切削運(yùn)動。主傳動系統(tǒng)和主軸部件,一般都設(shè)計成一個主軸箱,主軸組件的回轉(zhuǎn)精度、剛度、抗振性和熱變形,直接影響加工零件的尺寸、位置精度和表面品質(zhì)。

        1 CK7815數(shù)控車床主軸故障信號采集

        1.1 檢測原理

        如圖1所示。

        圖1 測試原理框圖

        1.2 測點選擇及測量參數(shù)確定

        數(shù)控機(jī)床運(yùn)行一段時間后,尤其是某些突發(fā)因素,比如超載、操作失誤、零件磨損等,會引起主軸本體、主軸軸承發(fā)熱,導(dǎo)致主軸旋轉(zhuǎn)精度超過允許值。這時,主軸單元的振動、溫升將會出現(xiàn)異常值?;诖颂攸c,在CK7815數(shù)控車床主軸軸承處布置A、B兩個傳感器,采集信號(如圖2所示)。

        圖2 測點選擇及測量參數(shù)確定圖

        數(shù)控機(jī)床信號采集,主要確定信號采集部位及傳感器的選型與安裝。信號采集部位,主要考慮主軸軸承位對振動信號較敏感,因此在前、后軸承位置安裝傳感器。傳感器類型主要有位移、速度、加速度這3種類型。

        由于振動參數(shù)中,加速度參數(shù)對高頻振動(>1000 Hz)比較敏感,所以選擇加速度傳感器。選用VM9503振動數(shù)據(jù)采集儀,進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

        2 信號分析方法

        2.1 時域分析

        時域描述——直接觀測到或記錄的信號,一般是以時間為獨(dú)立變量的,稱其為時域描述。

        信號時域描述,能反映信號幅值隨時間變化的關(guān)系,而不能明顯揭示信號的頻率的組成關(guān)系。

        2.2 頻域分析

        把振動信號按其頻率、范圍和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分類分析,從而進(jìn)行故障診斷的方法叫頻率分析。

        信號的頻域描述——把信號的時域描述通過適當(dāng)方法,變成信號的頻域描述,即是以頻率為獨(dú)立變量來表示信號,其揭示了各頻率成分幅值所占的比重。

        2.3 小波分析

        傳統(tǒng)的傅立葉變換,只能對信號在整個時間段上進(jìn)行分析,是一種全局的變換。因此,在分析實際的時變信號時,具有很大的局限性。小波變換在時域和頻域同時具有良好的局部化特性,是對非平穩(wěn)信號進(jìn)行時頻分析的理想分析工具。

        小波變換之所以可以檢測信號的奇異點,正在于它的“小”.因為用小的波去近似奇異信號,要比正弦波要好得多.

        本文采用傳統(tǒng)的頻譜分析法進(jìn)行故障檢測。

        3 數(shù)據(jù)處理

        針對所檢測信號,按照圖3所示進(jìn)行故障診斷。在收集信號時,觀察數(shù)據(jù)采集器所示的dB值。該值越大,說明振動能量越大,故障嚴(yán)重,反之故障輕微或不存在。檢測數(shù)據(jù)如表1。

        表1 數(shù)控機(jī)床主軸A處故障診斷檢測值

        近兩年使用振動診斷技術(shù),對數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)的機(jī)械故障進(jìn)行了診斷,獲得預(yù)期效果。例如通過定期檢測,掌握了機(jī)床的磨損劣化情況;通過修理前后的檢測對比,了解修理效果及遺留問題等。筆者認(rèn)為數(shù)控機(jī)床與一般機(jī)床相比,機(jī)械結(jié)構(gòu)相對簡單,因此若對數(shù)控機(jī)床實施故障診斷,正確率較高。

        圖3 機(jī)械故障診斷過程

        4 結(jié)束語

        當(dāng)今數(shù)控機(jī)床,正在朝著高速度、高精度化、多功能化、智能化、數(shù)控編程自動化、可靠性最大化、控制系統(tǒng)小型化方向發(fā)展。故障診斷技術(shù)在數(shù)控機(jī)床機(jī)械故障診斷中等應(yīng)用,必將有更多、更新、更實用的技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,比如小波分析、人工智能、遠(yuǎn)程檢測系統(tǒng)等,都將在數(shù)控系統(tǒng)中被不斷嘗試。

        [1]李松生,裴翠紅,王永堅.高速精密角接觸球軸承支承特性分析[J].軸承,2001,(2):11-14.

        [2]梅宏斌,吳 雅,師漢民,等.滾動軸承損傷類故障的一種精確診斷模型[J].華中理工大學(xué)學(xué)報,1992,(20):177-181.

        [3]段晨東,李凌均,何正嘉.第二代小波變換在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷中的應(yīng)用[J].機(jī)械科學(xué)與技術(shù),2004,23(2):224-226.

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