一种数控机床主轴状态在线实时监测分析方法技术

本发明专利技术公开了一种数控机床主轴状态在线实时监测分析方法，属于数控机床制造技术领域，包括以下步骤：a、进行在线实时监测系统参数设置；b、对机床主轴状态信息进行测试并收集；c、三向振动传感器和电感式接近开关将信号直接传输至状态监测分析装置，电流传感器和温度传感器将信号先输入至多通道信号采集器，经数字化处理后，再将信号数据传输至状态监测分析装置；d、通过状态分析数据库对比，完成主轴状态监测数据分析。本发明专利技术通过对主轴振动频谱、主轴温升热变形及主轴载荷的实时监测分析，在加工中能够实时掌握机床主轴的工作状态，保证了数控机床的加工精度，且利于及时发现机床主轴故障，缩短修复时间，降低修复成本。

An on-line real-time monitoring and analysis method for spindle state of CNC machine tools

【技术实现步骤摘要】
一种数控机床主轴状态在线实时监测分析方法
本专利技术涉及到数控机床制造
，尤其涉及一种数控机床主轴状态在线实时监测分析方法。
技术介绍
长期以来，数控机床的主轴工作状态一直采用传统的振动测试仪、温度巡检仪、测微仪和钳形电流表等进行相关测试。除主轴电机电流可以在线实时监测以外，主轴的振动、温升、热变形等反映主轴工作状态的重要信息，均不能进行实时监测，更不能对主轴工作状态进行在线分析。由于无法判定机床主轴的工作状态，因此不能及时了解和掌握机床主轴的热变形，不利于提高机床的加工精度；也不能发现机床主轴故障，并在故障的早期将其排除，导致主轴故障的修复时间延长、修复成本增高。公开号为CN207924481U，公开日为2018年09月28日的中国专利文献公开了一种数控机床运行状态智能监测系统，其特征在于：包括传感器模块、信号处理模块、ARM微处理器、数据加密模块、无线传输模块、显示屏及服务器；传感器模块与信号处理模块连接，信号处理模块、数据加密模块、显示屏分别与ARM微处理器连接，无线传输模块与数据加密模块连接，无线传输模块通过无线通信技术与服务器进行连接。该专利文献公开的数控机床运行状态智能监测系统，其工作原理为：“当数控机床在正常或异常状态下使用时，主轴电机所产生的温度、电流、振动信号状态各不相同，此时传感器模块采集到的模拟信号就不相同，信号处理模块对传感器采集到的模拟信号进行信号放大、信号过滤、A/D转换等处理，将处理后的数字信号传输给ARM微处理机，数字信号经ARM微处理机处理后得到对应于机床运行状态是正常或异常的数据，数据经由显示屏显示，或者先经过数据加密模块对数据进行加密，然后通过无线传输模块进行远程传输至服务器，对数据进行保存、分析、方便后续人员进行操作。”由此可知，该监测系统主要采取对主轴电机的温度、电流、振动信号状态进行监测的技术方案，并没有直接反映机床主轴的工作状态，也没有公开该系统由检测到的主轴电机状态信号，如何分析得到对应于机床运行状态是正常或异常的方法，而这一点正是数控机床运行状态智能监测系统的一个重要体现。另外，未涉及对机床主轴的热变形状态进行检测，不利于通过采取修改机床坐标零点等相应的补偿措施，提高数控机床的加工精度。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述现有技术的缺陷，提供一种数控机床主轴状态在线实时监测分析方法，本专利技术通过对机床主轴振动频谱、主轴温升热变形及主轴载荷的实时监测分析，提高了机床主轴状态检测的智能化水平，在零件加工中，能够实时掌握机床主轴的工作状态，从而保证了数控机床的加工精度，且利于及时发现机床主轴故障，缩短修复时间，降低修复成本。本专利技术通过下述技术方案实现：一种数控机床主轴状态在线实时监测分析方法，其特征在于，包括以下步骤：a、进行在线实时监测系统参数设置，在状态监测分析装置与三向振动传感器、电感式接近开关、电流传感器和温度传感器进行联机调试时，将三向振动传感器、电感式接近开关、电流传感器和温度传感器采集到的各状态信号与常规仪器实际测量结果进行对比分析，通过设置在线实时监测系统参数对主轴状态监测数据进行修正，使状态监测分析装置显示输出的状态结果与实际一致；b、通过在线实时监测系统中的三向振动传感器、电感式接近开关、电流传感器和温度传感器分别对机床主轴状态信息进行测试并收集；c、三向振动传感器和电感式接近开关将信号直接传输至状态监测分析装置，电流传感器和温度传感器将信号先输入至多通道信号采集器，经数字化处理后，再通过网线将信号数据传输至状态监测分析装置；d、主轴状态监测数据自动存储到状态监测分析装置的硬盘里，同时在液晶触摸屏上实时显示监测的状态信号数据和波形，并通过状态分析数据库对比，完成主轴状态监测数据分析。还包括状态分析结果输出，具体是指生成主轴状态检测分析报告、报告的存储管理、打印和远距离传输。所述步骤c中，数字化处理具体是指状态信号输入后，首先经过A/D转换和数字滤波，排除电磁干扰信号，再提取出正确的主轴状态信号数据。所述步骤d中，状态分析数据库具体是指经过试验收集机床主轴在各种不同的工作状态下，对主轴运行的可靠性和零件加工精度的影响，建立对应的主轴状态分析数据库。所述状态分析数据库包括主轴转速数据、振动频谱数据、温度数据、热变形数据和主轴电机电流数据。所述步骤d中，主轴状态监测数据分析具体是指通过主轴热变形数学模型计算得到主轴热变形数据，通过主轴振动和转速信号得到主轴振动频谱，通过与状态分析数据库的数据进行对比分析，得出主轴状态分析结果。所述主轴热变形数学模型具体是指通过主轴温升热变形试验，利用多元线性回归法建立温度传感器温升与主轴热变形之间的数学模型。所述在线实时监测系统包括状态监测分析装置、与状态监测分析装置电连接的三向振动传感器、电感式接近开关、电流传感器、温度传感器和多通道信号采集器，三向振动传感器安装在主轴前端外壳的前轴承处，用于监测主轴的振动信号；电感式接近开关安装在主轴后端，用于监测主轴转速；主轴外壳前轴承处、后轴承处、主轴箱顶部、机床立柱中部和机床底座上各安装一个温度传感器，用于监测主轴的温度；电流传感器为三个，用于监测主轴驱动电机各相的电流值；多通道信号采集器，用于采集电流传感器监测的主轴驱动电机各相的电流值和温度传感器监测的主轴温度；状态监测分析装置，用于对主轴的热变形进行分析计算和主轴振动的频谱分析。所述状态监测分析装置包括工控机、信号接口板和液晶触摸显示器，信号接口板和液晶触摸显示器分别与工控机电连接。本专利技术的有益效果主要表现在以下方面：1、本专利技术，“a、进行在线实时监测系统参数设置，在状态监测分析装置与三向振动传感器、电感式接近开关、电流传感器和温度传感器进行联机调试时，将三向振动传感器、电感式接近开关、电流传感器和温度传感器采集到的各状态信号与常规仪器实际测量结果进行对比分析，通过设置在线实时监测系统参数对主轴状态监测数据进行修正，使状态监测分析装置显示输出的状态结果与实际一致；b、通过在线实时监测系统中的三向振动传感器、电感式接近开关、电流传感器和温度传感器分别对机床主轴状态信息进行测试并收集；c、三向振动传感器和电感式接近开关将信号直接传输至状态监测分析装置，电流传感器和温度传感器将信号先输入至多通道信号采集器，经数字化处理后，再通过网线将信号数据传输至状态监测分析装置；d、主轴状态监测数据自动存储到状态监测分析装置的硬盘里，同时在液晶触摸屏上实时显示监测的状态信号数据和波形，并通过状态分析数据库对比，完成主轴状态监测数据分析”，通过利用三向振动传感器监测位移、速度及加速度，利用电感式接近开关检测主轴转速，对机床主轴的振动情况进行连续在线实时监测和频谱分析，利用电流传感器对机床主轴电机的电流载荷情况进行连续实时在线监测分析，利用温度传感器对主轴的温度进行实时在线监测分析，并计算出主轴的热变形量，与传统的主轴监测方法相比，由于增加了对机床主轴振动频谱、主轴温升热变形、主轴载荷的实时监测分析，提高了机床主轴状态检测的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数控机床主轴状态在线实时监测分析方法，包括以下步骤：/na、进行在线实时监测系统参数设置，在状态监测分析装置与三向振动传感器、电感式接近开关、电流传感器和温度传感器进行联机调试时，将三向振动传感器、电感式接近开关、电流传感器和温度传感器采集到的各状态信号与常规仪器实际测量结果进行对比分析，通过设置在线实时监测系统参数对主轴状态监测数据进行修正，使状态监测分析装置显示输出的状态结果与实际一致；/nb、通过在线实时监测系统中的三向振动传感器、电感式接近开关、电流传感器和温度传感器分别对机床主轴状态信息进行测试并收集；/nc、三向振动传感器和电感式接近开关将信号直接传输至状态监测分析装置，电流传感器和温度传感器将信号先输入至多通道信号采集器，经数字化处理后，再通过网线将信号数据传输至状态监测分析装置；/nd、主轴状态监测数据自动存储到状态监测分析装置的硬盘里，同时在液晶触摸屏上实时显示监测的状态信号数据和波形，并通过状态分析数据库对比，完成主轴状态监测数据分析。/n

【技术特征摘要】
1.一种数控机床主轴状态在线实时监测分析方法，包括以下步骤：
a、进行在线实时监测系统参数设置，在状态监测分析装置与三向振动传感器、电感式接近开关、电流传感器和温度传感器进行联机调试时，将三向振动传感器、电感式接近开关、电流传感器和温度传感器采集到的各状态信号与常规仪器实际测量结果进行对比分析，通过设置在线实时监测系统参数对主轴状态监测数据进行修正，使状态监测分析装置显示输出的状态结果与实际一致；
b、通过在线实时监测系统中的三向振动传感器、电感式接近开关、电流传感器和温度传感器分别对机床主轴状态信息进行测试并收集；
c、三向振动传感器和电感式接近开关将信号直接传输至状态监测分析装置，电流传感器和温度传感器将信号先输入至多通道信号采集器，经数字化处理后，再通过网线将信号数据传输至状态监测分析装置；
d、主轴状态监测数据自动存储到状态监测分析装置的硬盘里，同时在液晶触摸屏上实时显示监测的状态信号数据和波形，并通过状态分析数据库对比，完成主轴状态监测数据分析。


2.根据权利要求1所述的一种数控机床主轴状态在线实时监测分析方法，其特征在于：还包括状态分析结果输出，具体是指生成主轴状态检测分析报告、报告的存储管理、打印和远距离传输。


3.根据权利要求1所述的一种数控机床主轴状态在线实时监测分析方法，其特征在于：所述步骤c中，数字化处理具体是指状态信号输入后，首先经过A/D转换和数字滤波，排除电磁干扰信号，再提取出正确的主轴状态信号数据。


4.根据权利要求1所述的一种数控机床主轴状态在线实时监测分析方法，其特征在于：所述步骤d中，状态分析数据库具体是指经过试验收集机床主轴在各种不同的工作状态下，对主轴运行的可靠性和零件加工精度的影响，建立对应的主轴状态分析数据库。

【专利技术属性】
技术研发人员：陶懿，张学智，周斌成，
申请(专利权)人：四川普什宁江机床有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51