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機(jī)床上的核心部件是主軸

2009-12-11  閱讀(3304)

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        機(jī)床上的核心部件是主軸。主軸的工作狀態(tài)受一系列與時間有關(guān)的影響因素的制約,如溫度、轉(zhuǎn)數(shù)、外部負(fù)荷、軸向及徑向振動或者環(huán)境條件等。過去做過許多試驗(yàn),以采集主軸不穩(wěn)定的工作狀態(tài)。因此,如今幾乎所有快速旋轉(zhuǎn)的主軸都按標(biāo)準(zhǔn)配置了傳感器,用以測量軸承部位和馬達(dá)線圈上的溫度,個別機(jī)床還在主軸頭上配置了軸向和徑向移位傳感器,在軸承部位裝配了振動傳感器。此外還有監(jiān)控刀具夾緊狀態(tài)的傳感器以及位置傳感器和內(nèi)部控制信號。

  盡管如此,迄今主軸診斷系統(tǒng)在實(shí)踐中經(jīng)受住考驗(yàn)的卻。原因并不在于傳感器信息不足,而在于缺少數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)處理的智能算法,在于傳感器對干擾的敏感性太高。所以,診斷系統(tǒng)的zui大挑戰(zhàn)依舊是,對生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行可靠而無錯誤報警的監(jiān)控,從而使*生產(chǎn)成為可能。

  那么,以什么樣的方式才能對主軸的測量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效地采集、分析處理并將它們相互關(guān)聯(lián)起來呢?哪些數(shù)據(jù)是提供主軸狀態(tài)的明確信息呢?主軸制造廠家和用戶對高能機(jī)床主軸診斷系統(tǒng)的興趣有增無減。

  聯(lián)邦科研部BMBF的ISPI智能主軸單元項(xiàng)目深入探討了這些問題,研究了高能機(jī)床主軸診斷系統(tǒng)的初步思路。為此在兩條試驗(yàn)主軸上安裝了許多傳感器和執(zhí)行器,以便用傳感方式采集主軸的臨界工作狀態(tài),并借助執(zhí)行器加以調(diào)節(jié)。比如內(nèi)裝的加速傳感器用于對振動進(jìn)行測量,DMS測力環(huán)則測量預(yù)拉力。一體化內(nèi)置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括壓電陶瓷調(diào)節(jié)元件,利用該元件可以調(diào)節(jié)軸承的預(yù)應(yīng)力,另裝有一臺微型計量泵,可主動對主軸軸承的微量潤滑進(jìn)行調(diào)節(jié),另外還有各種各樣的控制功能。

  ISPI項(xiàng)目取得的部分結(jié)果是一個微型化的數(shù)據(jù)記錄器,數(shù)據(jù)記錄器也可以附加安裝在機(jī)床的控制裝置上。數(shù)據(jù)記錄器的任務(wù)是,把主軸當(dāng)作一個機(jī)電一體化的機(jī)器組成部分,給它裝上一種分散的智能(圖2)。這樣,主軸今后不僅能對環(huán)境的變化自動做出反應(yīng),而且也能進(jìn)行自我診斷。數(shù)據(jù)記錄儀裝有一臺微處理器和一個存儲模塊,因而可以作為一個連接機(jī)構(gòu),該機(jī)構(gòu)經(jīng)過內(nèi)裝的傳感器采集主軸的工作狀態(tài)。

  為了避免出現(xiàn)主軸的臨界工作狀態(tài),比如需要對碰撞、過載荷以及溫度的變化進(jìn)行監(jiān)控。為此首先需要對主軸的臨界工作狀態(tài)以及非臨界工作狀態(tài)全部從測量技術(shù)上進(jìn)行采集,并保存在一個共享的數(shù)據(jù)庫里。然后可以根據(jù)這個基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫,求出基準(zhǔn)數(shù)據(jù)和當(dāng)前的傳感器數(shù)據(jù)之間現(xiàn)有的關(guān)聯(lián)并進(jìn)行分析處理。例如一旦當(dāng)前的過程信號超過了數(shù)據(jù)記錄儀存儲器中保存的極限值,一種簡單的分析處理算法即可經(jīng)過連接控制裝置的接口啟動報警。根據(jù)工作狀態(tài)的不同,這要么是機(jī)器的一次反應(yīng)(比如碰撞時緊急停車),要么是向人機(jī)接口發(fā)出的一次報警信號(如軸承磨損加重時)。

  數(shù)據(jù)記錄儀今后也將對預(yù)防性的維護(hù)措施提供支持,方法是數(shù)據(jù)記錄儀的軟件對當(dāng)前的傳感器數(shù)據(jù)額外進(jìn)行分析。每一個采集到的參數(shù)都要制作直方圖,并進(jìn)行趨勢分析,然后保存在數(shù)據(jù)記錄儀的數(shù)據(jù)存儲器里。這樣,每個組件的故障概率都可以從時間上做出估計,必要時也可及時實(shí)施維護(hù)工作。預(yù)定的目標(biāo)還包括與設(shè)計系統(tǒng)的連接,因而使維修也可以自動地在生產(chǎn)計劃中得到考慮。使用者可以從數(shù)據(jù)記錄儀中調(diào)出這些信息,并可以圖形的形式在操作界面上顯示出來。打算保護(hù)自己、不讓人家提出無理索賠要求的主軸制造廠家,今后可以從過負(fù)荷狀態(tài)的記錄中得到好處。

  對機(jī)床組件的監(jiān)控將提高生產(chǎn)設(shè)備的可靠性。機(jī)床組件上越來越多地采用傳感系統(tǒng),結(jié)合對所采集數(shù)據(jù)的智能處理,對機(jī)床運(yùn)營商來說將大有好處。診斷系統(tǒng)的目標(biāo)是,把機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)計得更加可靠,具有更高的可操作性,并大大簡化維修工作。成本高昂的停產(chǎn)時間將被縮短,生產(chǎn)成本也將下降。

本文由/ 風(fēng)琴防護(hù)罩編輯

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