关于数控机床状态监测系统的研究

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1、关于数控机床状态监测系统的研究　　摘要：在数控机床加工产品零件特别是一些难加工以及结构复杂的零件时，如果不能根据机床加工的实时状态进行及时决　　策，就很可能会带来许多问题。如导致零件的加工精度、力学性能及加工质量等达不到要求标准，甚至引发安全事故。因此，有必要对机床的加工状态进行监测。文章首先简单介绍了机床状态监测系统及意义，然后论述了监测系统的主要内容、基本组成以及工作流程，最后总结了一些设计监测系统的关键技术。　　关键词：数控机床；状态监测；监测系统　　引言　　伴随科学技术的飞速发展，制造产业中的数控技术不断得到改进。数控机床作为制造产业中的关键组成部分，现已向着

2、更加智能化、数字化、柔性化、网络化方向发展。其功能的强弱对我们国家制造业的发展起着关键性的作用。所以，在制造业的发展中要想取得更快、更大的突破与进步，最重要的一点就是要不断提高数控技术水平。这就要求数控机床的自动化程度要越来越高。由此又会给相关方面带来许多难题。例如机床数控系统的稳定性、安全性以及经济性等方面。同时也会加大机床设备出现故障的可能性。于是要想快速有效地解决诸如上面的一些问题，就必须对机床的加工过程进行相关监测。　　目前，对数控机床状态监测系统的研究越来越受到广大科研工作者们的普遍关注，成为一个比较热的研究课题。研究机床的监测系统，为保证设备的安全可靠运行

3、、合理使用，提高产品的生产质量、效率等提供了有力保障[1]。　　1机床状态监测的意义　　在我国，装备制造产业早已成为国家的支柱产业，在一定程度上体现了我们国家的整体工业水平。而数控设备是制造产业中的关键设备。因而数控机床产业的发展在很大程度上影响着我国制造业的整体水平。为了能够及时发现并排除机床加工的异常状态，保证产品的加工质量以及生产效率，有必要对设备的状态进行实时监测。监测的意义主要有以下几个方面：　　（1）保证机床正常运行，有质量地完成生产任务。加工过程中若出现了异常状态（如意外停机等），监测系统就会马上监测到。及时发现设备问题有助于我们采取相应措施进行设备的调

4、整，恢复机床的正常状态。这样既提高了加工工件的质量，同时也给企业降低了损失。　　（2）减少机床维护成本。通过对之前的监测数据进行相关的研究和分析，得到设备以前的加工状态，进而为诸如调试、故障诊断以及预防性维护等提供技术支持。　　（3）提高机床使用率。根据监测系统监测到的机床所处状态，及时调整生产作业任务，保证作业任务能够高效率地进行。从而提高产品的生产效率以及机床的使用率[2]。　　2监测系统的构成　　2.1数控机床的状态监测　　首先，所谓的数控机床状态监测就是要对加工状态中的某些数据进行采集、提取、处理并分析，从而了解并掌握设备的工作状态是否正常。与此同时也为预防性

5、维护与故障诊断等提供相关依据。　　其次，数控机床加工过程可以说是一个非常复杂的过程。对其进行状态监测涉及到很多的技术问题。信息获取、特征提取以及状态识别是一个监测系统主要包括的三个方面。其中数据信息采集、传输与处理非常关键，也是基础。因此要想设计出一个比较好的监测系统，很大程度上取决于数据采集与处理环节的设计。　　2.2机床监测的主要内容　　对数控机床进行状态监测也就是对其加工过程的监测。其中包括的主要内容有：机床与刀具状态监测以及加工过程与加工工件质量监测四个方面。具体如图1所示。　　2.3监测系统的基本组成　　数控机床的加工过程非常复杂。要对其进行状态监测涉及到许

6、多技术问题。信息获取、特征提取以及状态识别是一个监测系统主要包括的三个方面。具体如图2所示。　　首先，信息获取是系统监测的第一步。相关的若干传感器对机床加工状态信号进行检测，这类信号有很多，诸如主轴转速、切削扭矩、切削力、振动信号以及电机功率等。　　其次，就是要对信号进行进一步的处理，即特征提取。从监测的信号中提取出与设备状态有关的参数。这是对状态监测系统最具影响的关键一步。　　最后，就是状态识别了。这一步最关键的是要建立合理模型。建立一个合理模型后，根据上一步获取的有关参数对设备状态进行一个合理的分析与判断。　　2.4监测系统的工作流程　　数控机床状态监测系统的工作

7、流程主要包括以下几个环节：首先是数据获取及预处理并传输数据，然后就是要提取数据的特征参数、进行数据融合，最后就是进行状态监测[3]。具体如图3所示。　　3设计监测系统的关键技术　　数控机床加工过程十分复杂。对其进行状态监测必定会涉及到许多关键技术问题。其中包含的一些主要关键技术有：多传感器融合技术、信号处理技术、模式识别技术、图像处理技术以及自适应控制技术等。　　3.1多传感器融合技术　　在机床加工过程中，传感器可以把很多的物理量（诸如温度、距离以及振动信号等）转变成电压或电流等电信号，这些电信号如实地体现出机床加工过程的状态信息。然而，在状态监测与