一种数控机床主轴振动监测系统技术方案

本发明专利技术公开了一种数控机床主轴振动监测系统，包括上位机系统与硬件数据采集系统，硬件数据采集系统连接上位机系统，上位机系统包括时域波形监测模块及特征数据监测模块，特征数据监测模块包括频域特征量模块和时域特征量模块，特征数据监测模块具有监测频域特征量及时频特征量功能；硬件数据采集系统包括多个振动传感器、信号调理模块、数据采集和预处理模块及数据传输模块，多个振动传感器的信号输出端共同连接至信号调理模块，信号调理模块信号输出端连接数据采集和预处理模块的信号输入端，数据采集和预处理模块的信号输出端连接数据传输模块，数据传输模块与上位机系统相连。本发明专利技术具实现对振动信号时频分布的实时监测。

A Vibration Monitoring System for CNC Machine Tool Spindle

The invention discloses a vibration monitoring system for CNC machine tool spindle, which includes a host computer system and a hardware data acquisition system. The hardware data acquisition system connects the host computer system. The host computer system includes a time domain waveform monitoring module and a feature data monitoring module. The feature data monitoring module includes a frequency domain feature module and a time domain feature module, and the feature data monitoring module has a monitoring function. The hardware data acquisition system includes several vibration sensors, signal conditioning module, data acquisition and pre-processing module and data transmission module. The signal output terminals of multiple vibration sensors are jointly connected to the signal conditioning module, and the signal output terminal of the signal conditioning module is connected to the signal input terminal of the data acquisition and pre-processing module. The signal output terminal of the set and pretreatment module is connected with the data transmission module, and the data transmission module is connected with the upper computer system. The device realizes real-time monitoring of time-frequency distribution of vibration signals.

【技术实现步骤摘要】
一种数控机床主轴振动监测系统
本专利技术属于数控机床
，具体地是涉及一种数控机床主轴振动监测系统。
技术介绍
数控机床主轴运转正常与否直接影响机床的加工质量与生产效率，主轴振动信号包含大量反映其工况特征信息，进行主轴振动实时监测、对保障机床加工质量及生产效率具有重要意义；近年来，对数控机床主轴振动监测方法已进行广泛研究，并开发出相应监测系统。当数控机床主轴工况条件变化或故障发生时，其振动信号具有明显非平稳特性。因此，主轴振动信号中非平稳性较强的局部特征可表征其工况变化及某些故障存在；以往的监测系统均采用基于平稳过程的经典信号处理方法，无法同时兼顾信号在时、频域的全貌及局部特征。以往的监测系统还有利用小波变换进行机床主轴振动信号时频特征分析，但小波变换本质为窗口可调的傅里叶变换，一旦信号局部特征尺度小于所选基小波的特征尺度，对数控机床主轴振动信号中因工况变化或故障发生所致非平稳性较强的局部特征很难获得准确描述。
技术实现思路
本专利技术就是针对机床主轴在工况条件变化或故障发生时振动信号的非平稳特性，弥补现有技术的不足，提供一种数控机床主轴振动监测系统。本专利技术一种数控机床主轴振动监测系统，其特征在于：包括上位机系统与硬件数据采集系统，所述硬件数据采集系统连接上位机系统，所述的上位机系统包括时域波形监测模块及特征数据监测模块，所述的特征数据监测模块包括频域特征量模块和时域特征量模块，所述的特征数据监测模块具有监测频域特征量及时频特征量功能；所述的硬件数据采集系统包括多个振动传感器、信号调理模块、数据采集和预处理模块及数据传输模块，所述的多个振动传感器的信号输出端共同连接至信号调理模块，所述的信号调理模块信号输出端连接数据采集和预处理模块的信号输入端，所述的数据采集和预处理模块的信号输出端连接数据传输模块，所述的数据传输模块与上位机系统相连。作为本专利技术的另一种优选方案，所述的信号调理模块包括振动信号调理电路、键相信号调理电路两部分。作为本专利技术的另一种优选方案，所述的振动信号调理电路由输入跟随电路、交流隔离电路、加法电路、放大电路及低通滤波电路组成。作为本专利技术的另一种优选方案，所述的键相信号调理电路由输入调节电路、信号放大电路、光耦隔离电路及稳压整形电路组成。作为本专利技术的另一种优选方案，所述的数据采集模块包括主控制子模块及A/D子模块。作为本专利技术的另一种优选方案，所述的主控制子模块采用FPGA模块。作为本专利技术的另一种优选方案，所述的数据传输模块采用PC104总线通讯方式。具体地，本专利技术的多个振动传感器将主轴振动位移与转速转变成电信号，信号调理模块将传感器电信号调理以满足数据采集要求，数据采集和预处理模块将电信号进行A/D转换，数据传输模块将实时数据上传至上位机。与现有技术相比，本专利技术有益效果是。本专利技术所公开的一种数控机床主轴振动监测系统，结合HHT方法分析非平稳数据优势，在在线EMD方法基础上以及基于HHT的数控机床主轴振动信号特征提取方法基础上；其中，本专利技术的硬件系统包括基于FPGA主控模块与PC104总线的数据采集模块；本专利技术的软件系统包括时域波形监测与特征数据监测两模块，其中特征数据监测模块具有监测频谱分布及时频分布功能对主轴振动信号时频特征进行在线监测；实现对振动信号时频分布的实时监测。附图说明为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。图1是本专利技术一种数控机床主轴振动监测系统的结构框图。图2是本专利技术一种数控机床主轴振动监测系统的硬件组成结构图。具体实施方式由附图1和2所示，本专利技术一种数控机床主轴振动监测系统，其特征在于：包括上位机系统与硬件数据采集系统，所述硬件数据采集系统连接上位机系统，所述的上位机系统包括时域波形监测模块及特征数据监测模块，所述的特征数据监测模块包括频域特征量模块和时域特征量模块，所述的特征数据监测模块具有监测频域特征量及时频特征量功能；所述的硬件数据采集系统包括多个振动传感器、信号调理模块、数据采集和预处理模块及数据传输模块，所述的多个振动传感器的信号输出端共同连接至信号调理模块，所述的信号调理模块信号输出端连接数据采集和预处理模块的信号输入端，所述的数据采集和预处理模块的信号输出端连接数据传输模块，所述的数据传输模块与上位机系统相连。作为本专利技术的另一种优选方案，所述的信号调理模块包括振动信号调理电路、键相信号调理电路两部分。作为本专利技术的另一种优选方案，所述的振动信号调理电路由输入跟随电路、交流隔离电路、加法电路、放大电路及低通滤波电路组成。作为本专利技术的另一种优选方案，所述的键相信号调理电路由输入调节电路、信号放大电路、光耦隔离电路及稳压整形电路组成。作为本专利技术的另一种优选方案，所述的数据采集模块包括主控制子模块及A/D子模块。作为本专利技术的另一种优选方案，所述的主控制子模块采用FPGA模块。作为本专利技术的另一种优选方案，所述的数据传输模块采用PC104总线通讯方式。具体地，本专利技术的多个振动传感器将主轴振动位移与转速转变成电信号，信号调理模块将传感器电信号调理以满足数据采集要求，数据采集和预处理模块将电信号进行A/D转换，数据传输模块将实时数据上传至上位机。可以理解的是，以上关于本专利技术的具体描述，仅用于说明本专利技术而并非受限于本专利技术实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本专利技术进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数控机床主轴振动监测系统，其特征在于：包括上位机系统与硬件数据采集系统，所述硬件数据采集系统连接上位机系统，所述的上位机系统包括时域波形监测模块及特征数据监测模块，所述的特征数据监测模块包括频域特征量模块和时域特征量模块，所述的特征数据监测模块具有监测频域特征量及时频特征量功能；所述的硬件数据采集系统包括多个振动传感器、信号调理模块、数据采集和预处理模块及数据传输模块，所述的多个振动传感器的信号输出端共同连接至信号调理模块，所述的信号调理模块信号输出端连接数据采集和预处理模块的信号输入端，所述的数据采集和预处理模块的信号输出端连接数据传输模块，所述的数据传输模块与上位机系统相连。

【技术特征摘要】
1.一种数控机床主轴振动监测系统，其特征在于：包括上位机系统与硬件数据采集系统，所述硬件数据采集系统连接上位机系统，所述的上位机系统包括时域波形监测模块及特征数据监测模块，所述的特征数据监测模块包括频域特征量模块和时域特征量模块，所述的特征数据监测模块具有监测频域特征量及时频特征量功能；所述的硬件数据采集系统包括多个振动传感器、信号调理模块、数据采集和预处理模块及数据传输模块，所述的多个振动传感器的信号输出端共同连接至信号调理模块，所述的信号调理模块信号输出端连接数据采集和预处理模块的信号输入端，所述的数据采集和预处理模块的信号输出端连接数据传输模块，所述的数据传输模块与上位机系统相连。2.根据权利要求1所述的一种数控机床主轴振动监测系统，其特征在于：所述的信号调理模块包...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵洪财，
申请(专利权)人：赵洪财，
类型：发明
国别省市：辽宁,21