基于參數(shù)監(jiān)測的數(shù)控機床可靠性維護研究

滕 冠 劉 恒

（柳州職業(yè)技術學院，廣西 柳州 545006）

基于參數(shù)監(jiān)測的數(shù)控機床可靠性維護研究

滕 冠 劉 恒

（柳州職業(yè)技術學院，廣西 柳州 545006）

為了提高數(shù)控機床參數(shù)監(jiān)測的準確性，防止在監(jiān)測過程中一些誤差或者突然的數(shù)據(jù)異常而導致對數(shù)控機床實施錯誤的維護方案和維護措施，文章設計一種基于分布式的數(shù)控機床數(shù)據(jù)采集方法，對數(shù)控機床的參數(shù)進行監(jiān)測，確保采集參數(shù)的準確性，為數(shù)控機床的可靠運行與故障診斷提供保障。

數(shù)控機床；參數(shù)；監(jiān)測

1 前言

數(shù)控機床的優(yōu)勢是自動化程度高、加工質量穩(wěn)定、加工綜合效益高。然而數(shù)控機床要保持或實現(xiàn)這種特點及優(yōu)勢時，其重要的前提是要確保數(shù)控機床能夠穩(wěn)定的工作，因此數(shù)控機床的可靠性對數(shù)控機床的綜合性能和效益有著最直接的影響，也正因為如此，研究數(shù)控機床的可靠性對更好的發(fā)展和應用數(shù)控機床技術，有著十分重要的推動作用。根據(jù)數(shù)控機床的特點和性能優(yōu)勢可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)控機床通過預先設定的數(shù)控加工程序，對數(shù)控加工的過程及相關參數(shù)進行提前的預設和預置，使得數(shù)控加工的過程能夠按照預先設定的工作流程及加工參數(shù)進行機械加工，這種加工的方式極大的提高了數(shù)控機床的工作效率。同時也降低了數(shù)控機床在加工過程中人工操作或者人工干預的難度和復雜性，減少了數(shù)控機床在機械加工過程中所需要的操作人員數(shù)量。目前我國部署的各類數(shù)控機床數(shù)量龐大、各類繁多，對于這些數(shù)控機床的可靠性維護、維修等問題是困擾著當前數(shù)控機床加工企業(yè)的一項重要問題。為了從深層次的提升這些數(shù)控加工企業(yè)的核心競爭力，降低這些數(shù)控機床加工企業(yè)的生產成本，目前最為迫切就是需要解決數(shù)控機床加工過程中的可靠性問題。本文以數(shù)控機床維護過程中監(jiān)測參數(shù)為研究對象，探討監(jiān)測過程中數(shù)據(jù)誤差或數(shù)據(jù)異常的規(guī)律，避免數(shù)控機床實施錯誤的維護方案和維護措施，為數(shù)控機床的可靠性提供保障。

2 數(shù)控機床監(jiān)測與維護系統(tǒng)結構

數(shù)控機床監(jiān)測與維護系統(tǒng)是一整套的對數(shù)控機床運行狀態(tài)、運行參數(shù)進行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測的結果制定相應的維護方案并執(zhí)行數(shù)控機床加工維護的應用系統(tǒng)。該系統(tǒng)的組成結構如圖1所示。

圖1　數(shù)據(jù)機床監(jiān)測與維護系統(tǒng)組成結構

從圖 1中可以看到，該監(jiān)測系統(tǒng)的前端主要是通過大量的分步式的傳感器，對數(shù)控機床運行的狀態(tài)和相關參數(shù)進行采集。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)據(jù)處理模塊，得到待分析折數(shù)據(jù)，之后將對所采集到的這些數(shù)控機床工作數(shù)據(jù)和工作參數(shù)進行分析。分析的目的是為了識別當前數(shù)控機床所處的工作狀態(tài)，以及目前數(shù)控機床在運行過程中是否有一些故障隱患。尤其是根據(jù)當前數(shù)控機床的運行狀態(tài)進行分析之后，制定相應的維護策略，而維護策略的生成并不是依靠一些經(jīng)驗數(shù)據(jù)或者固定的一些規(guī)則，而是通過相應的決策模型，按照預先設定的決策條件和決策需求，再結合當前數(shù)據(jù)分析的情況共同進行數(shù)據(jù)的分析和決策，得到數(shù)控機床維護的決策方案。在數(shù)控機床決策方案中，最重要的是對數(shù)控機床當前的工作參數(shù)和相關配置信息進行調整，因此通過維護方案輸出的信息，將會控制數(shù)控機床相關的參數(shù)進行調整，對數(shù)控機床相關參數(shù)的調整將會直接影響數(shù)控機床正常的運行狀況和運行條件。因此在數(shù)控機床維護方案得到的具體的維護動作之后，對數(shù)控機床的執(zhí)行過程和運行條件進行了相應的調整，此時需要對數(shù)控機床的實際運行情況進行監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測的情況反饋給參數(shù)控制單元，來控制后續(xù)還是否需要對數(shù)控機床的運行參數(shù)進行調整。同時調整之后的數(shù)控機床運行狀態(tài)、運行參數(shù)繼續(xù)進行監(jiān)測，再通過決策模型來進行分析和判斷當前數(shù)控機床的維護方案是否得到執(zhí)行，維護的效果是否能夠對數(shù)控機床的工作狀態(tài)有所提升。

3 數(shù)控機床參數(shù)監(jiān)測方法

為了提高對數(shù)控機床參數(shù)監(jiān)測的準確性，防止在監(jiān)測過程中一些誤差或者突然的數(shù)據(jù)異常，而導致對數(shù)控機床實施錯誤的維護方案和維護措施，本文設計了一種分布式的數(shù)控機床數(shù)據(jù)采集方法。該分布式數(shù)據(jù)采集的實現(xiàn)原理是采用兩大類的方法來實現(xiàn)數(shù)控機床參數(shù)的測量。一類通過對數(shù)控機床被采樣的參數(shù)進行分布式采集，即在被采樣的對象上部署多個數(shù)據(jù)采集傳感器，這樣能夠在監(jiān)測過程中對某一個采樣的參數(shù)獲取多個采樣的樣本，之后對這多個采樣樣本求均值，以提高數(shù)據(jù)測量的準確性。另一類是在對數(shù)控機床的參數(shù)測量的時候，采取間接計算的方式進行獲得。由于數(shù)控機床中很多運行的參數(shù)之間是存在相互關系的，對這些參數(shù)相互之間的關系進行計算和教驗，既能夠間接的獲取某些參數(shù)數(shù)值，也能夠對數(shù)控機床的這種測量參數(shù)進行校正，因此對數(shù)控機床參數(shù)進行分布式采樣時，可以根據(jù)該參數(shù)和其它參數(shù)之間的相互關系，建立多種間接計算的方法，對每一種間接計算方法所得到的結果，最終共同來確定該參數(shù)的最終數(shù)值。在使得間接計算方法獲得監(jiān)測對象的參數(shù)值時，每一個間接計算的參數(shù)值都采用分布式的方式進行采樣。將分布式采樣的結果求平均之后，得到每一種參數(shù)的最終數(shù)值。

根據(jù)這種參數(shù)的測試采集的方案，本文設計了如圖 2所示的數(shù)控機床參數(shù)分布式采集方法，該方法分別由對參數(shù)的直接分布式采樣和間接計算兩大類方式計算得到。尤其是通過間接計算由于計算的方式和計算的參數(shù)之間的關系不一樣，可能會得到多種間接計算的方法，因此每一種間接計算的方法都將提供一個參數(shù)計算值。最后對直接分布式采樣和間接的計算值共同求平均，得到最終的參數(shù)監(jiān)測值。

圖2　數(shù)據(jù)機床參數(shù)分布式采集方法

這種分布式參數(shù)測量方法，極大的提高的參數(shù)測量的精確性。一方面通過直接的分布式測量方式，提高了單一參數(shù)測量的準確性；另一方面對參數(shù)之間的相互關系，間接計算得到的參數(shù)計算結果，更加進一步校正了參數(shù)測量的準確性，防止參數(shù)在測量過程中，由于測量單元、測量方法或測量技術的異常，而導致參數(shù)測量的錯誤，因此通過這種方式對數(shù)控機床的參數(shù)進行測量，能夠確保所得到的參數(shù)是準確有效的。

4 基于數(shù)控機床參數(shù)監(jiān)測的可靠性維護

通過對數(shù)控機床相關的各種參數(shù)進行監(jiān)測，來判斷數(shù)控機床當前的工作狀態(tài)是否良好，并且依據(jù)當前數(shù)控機床所處的狀態(tài)來決定是否要對數(shù)控機床進行可靠性的維護，以及維護的內容、維護的程度。因此為了實現(xiàn)這一目的，首先需要對數(shù)控機床的運行時的相關參數(shù)進行監(jiān)測，通過監(jiān)測的結果來決定數(shù)控機床下一步的維護內容。

圖3　數(shù)據(jù)機床監(jiān)測參數(shù)分析

本文通過對數(shù)控機床工作時各種參數(shù)進行研究和梳理，將數(shù)控機床的參數(shù)分為兩大類如圖 3如示。數(shù)控機床運行時的相關參數(shù)主要被分為運行參數(shù)和環(huán)境參數(shù)。其中運行參數(shù)是指所有和數(shù)控機床運行時工作狀態(tài)相關的各種參數(shù)，主要包括主軸溫度、液壓油溫度、切削參數(shù)、保護參數(shù)等等。而且不同的數(shù)控機床其工作時所完成的工作是不一樣的，數(shù)控機床的結構和所具備的加工能力也是各有差異的，這就導致了不同型號、不同類型的數(shù)控機床其運行參數(shù)也是各不相同的。另一大類的參數(shù)的環(huán)境參數(shù)，數(shù)控機床在運行的時候其周邊的環(huán)境對數(shù)控機床也有影響。尤其是溫濕度的一些差異會導致數(shù)控機床的工作狀態(tài)發(fā)生一定的改變，這將直接影響到數(shù)控機床的工作性能，環(huán)境參數(shù)主要包括環(huán)境溫度、環(huán)境濕度、電壓輔值、電壓噪聲、電流大小等等相關參數(shù)。對環(huán)境參數(shù)的定義和描述也是隨著人們對數(shù)控機床的工作狀態(tài)的研究和分析的不斷深入，對環(huán)境參數(shù)的約定也會逐漸增加，因此本文研究數(shù)控機床參數(shù)監(jiān)測的過程中，所列舉的這些參數(shù)僅僅是作為對數(shù)控機床參數(shù)監(jiān)測的基本參數(shù)信息。當用戶對數(shù)控機床工作狀態(tài)和工作性能研究越深入，對數(shù)控機床工作時的相關參數(shù)監(jiān)測也更為細致，因此對數(shù)控機床監(jiān)測的過程需要具備一定的可擴展性，以便今后增加新的參數(shù)進行監(jiān)測。

5 總結

本論文設計的數(shù)控機床相關監(jiān)測參數(shù)的獲取更多是采取基于經(jīng)驗分析的方法進行。然而在數(shù)控機床現(xiàn)實的工作過程中，不同的數(shù)控機床其工況條件、運行特點都各有差異，以一種固有的經(jīng)驗參數(shù)去描述不同特點的數(shù)控機床相關模型，將會直接導致所描述的模型具有比較明顯的差異，為了更好的讓所建立的數(shù)控機床不可靠修復模型和可靠性分配模型能夠更好的應用，需要對可靠性模型中的相關參數(shù)的選取和優(yōu)化方案進行研究和設計，重點是構建自動化、自適應的模型參數(shù)選取和優(yōu)化機制，使得本論文所設計的可靠性模型能夠適應不同種類、不同類型的數(shù)控機床進行分析和應用，提高本論文研究成果的通用性。

[1] 楊兆軍,郝慶波,陳菲,等.基于區(qū)間分析的數(shù)控機床可靠性模糊綜合分配方法[J].北京工業(yè)大學學報,2011,(3):321-329.

[2] 宋江波,劉宏昭,原大寧,等.數(shù)控機床傳動系統(tǒng)精度可靠性研究[J].中國機械工程,2011,(7):785-789.

[3] 羅永順.數(shù)控機床機械故障分類新方法及其振動模型的研究[J].廣東技術師范學院學報,2006,(4):13-15.

[4] 王靈芝,徐宇工,張家棟.基于設備有效度和可靠度的預防修經(jīng)濟優(yōu)化模型[J].機械工程學報,2010,(4):163-168.

[5] 許彬彬,楊兆軍,陳菲,等.加工中心自動換刀系統(tǒng)可靠性試驗臺的研制[J].工程與試驗,2010,(4):50-53.

The search of numerical control machine reliability supports based on parameter monitor

For raising number to control the accuracy of engine bed parameter monitor, prevent from in the process of monitoring an abnormality amid some errors or abrupt data but cause logarithm's controlling false maintenance scheme of engine bed implementation and maintenance measure, the article designs a kind of according to rayleing distribution rayleigh type of the number control an engine bed data to collect a method, the logarithm controls the parameter of engine bed to carry on a monitor and ensures to collect the accuracy of parameter, for number control dependable run-time and fault diagnosis of engine bed to provide a guarantee.

Numerical control machine; parameter; monitor

TG659

A

1008-1151(2015)12-0052-02

2015-11-12

廣西教育廳課題“高校機電類專業(yè)數(shù)控實訓平臺研制”（KY2015LX642）；廣西高等教育教學改革工程項目“高職高專數(shù)控車床編程與操作分層次教學的研究”（2013JGA397）。

滕冠（1973-），男，廣西陸川人，柳州職業(yè)技術學院講師，從事機電一體化方向研究。

劉恒（1975-），男，廣西柳州人，柳州職業(yè)技術學院副教授，研究生學歷，從事機電一體化方向研究。