專利名稱：數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于數(shù)控機床故障診斷技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)及
其方法。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)代機械加工領(lǐng)域，數(shù)控加工已經(jīng)占據(jù)了統(tǒng)治地位，尤其是對于加工大批量和 高精度要求的零件，各種數(shù)控機床承擔(dān)著無可替代的作用。因此數(shù)控機床的工作穩(wěn)定性和 可靠性，對于提高企業(yè)生產(chǎn)效率有著十分重要的意義。利用機床進(jìn)行加工時產(chǎn)生的振動信 號，可以分析出當(dāng)前數(shù)控機床的運行狀態(tài)，提前進(jìn)行智能性的故障診斷，避免一旦出現(xiàn)故障 而必須長時間地停機進(jìn)行維修。 經(jīng)文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，公開號為CN200410041412. 6的中國發(fā)明專利，介紹了一種基于 網(wǎng)絡(luò)的磨床數(shù)據(jù)采集與故障診斷裝置，這種裝置包括信號采集裝置、信號處理電路、控制裝 置、顯示裝置、輸入裝置和外接計算機以及以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換電路，通過在機床相應(yīng)位置上安裝振 動、噪聲和溫度等傳感器，對機床的工況情況進(jìn)行判斷，并通過以太網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)上的計算機進(jìn) 行通訊，實現(xiàn)遠(yuǎn)程服務(wù)和診斷。這種裝置涉及到較多的復(fù)雜電路，信號經(jīng)過多級的調(diào)理和轉(zhuǎn) 換，易引起失真或衰減，過程復(fù)雜而耗時。此外，這種裝置僅是以磨床作為故障診斷對象。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)及其方法，基于的是目前應(yīng)
用非常廣泛的先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)，同時結(jié)合信號處理技術(shù)以及傳感器技術(shù)，對數(shù)控機床
加工過程中產(chǎn)生的振動信號進(jìn)行提取和分析，完成在線故障診斷。 本發(fā)明采用如下技術(shù)方案 —種數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)，包括 兩只加速度傳感器和一只速度傳感器，用于獲得數(shù)控機床產(chǎn)生的振動信號；
兩個第一信號調(diào)理器，分別與一個所述加速度傳感器的輸出端相連接，用于對所 述加速度傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理并輸出； 第二信號調(diào)理器，與所述速度傳感器的輸出端相連接，用于對所述速度傳感器輸 出的信號進(jìn)行調(diào)理并輸出； 數(shù)據(jù)采集卡，與所述第一信號調(diào)理器和第二信號調(diào)理器相連接，用于采集并輸出 第一信號調(diào)理器和第二信號調(diào)理器調(diào)理后輸出的信號； 監(jiān)控計算機，與所述數(shù)據(jù)采集卡的輸出端相連接，用于對數(shù)控機床產(chǎn)生的振動信 號進(jìn)行計算和分析，診斷機床故障。 進(jìn)一步地，所述監(jiān)控計算機與所述數(shù)據(jù)采集卡之間通過的USB總線接口連接。
進(jìn)一步地，所述加速度傳感器為YD-12型壓電加速度傳感器，所述第一信號調(diào)理 器的型號為DHF-7型信號調(diào)理器，第二信號調(diào)理器的型號為YSD-2A型信號調(diào)理器，所述速 度傳感器為YSD-2A型速度傳感器。
進(jìn)一步地，所述數(shù)據(jù)采集卡的型號為USB-4711的研華數(shù)據(jù)采集卡。
本發(fā)明還提供一種數(shù)控機床故障診斷方法，包括以下步驟 1)振動信號獲取步驟，通過兩只加速度傳感器和一只速度傳感器獲得數(shù)控機床產(chǎn) 生的振動信號； 2)信號調(diào)理步驟，通過兩個第一信號調(diào)理器對所述加速度傳感器輸出的信號進(jìn)行 調(diào)理并輸出；通過一個第二信號調(diào)理器對所述速度傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理并輸出；
3)數(shù)據(jù)采集步驟，用于采集并輸出第一信號調(diào)理器和第二信號調(diào)理器調(diào)理后輸出 的信號； 4)信號分析步驟，用于對數(shù)控機床產(chǎn)生的振動信號進(jìn)行計算和分析，診斷機床故障。 進(jìn)一步地，所述步驟4)中，具體分析方法為，對振動信號進(jìn)行時域和頻域分析，通 過快速傅里葉變換和小波包變換生成振動頻譜圖，通過觀測振動頻譜圖，識別故障來源。
進(jìn)一步地，所述兩只加速度傳感器分別通過磁座安裝在主軸箱和工作臺上，所述 一只速度傳感器安裝在齒輪箱位置處。 本發(fā)明的有益效果是，裝置硬件結(jié)構(gòu)簡單，診斷分析功能主要依靠軟件實現(xiàn)，便于 升級和維護(hù)。利用該套系統(tǒng)可以對多種數(shù)控機床進(jìn)行故障監(jiān)測，減少機床不必要的停機維 修時間，提高機床加工的運行效率，可廣泛應(yīng)用于各種數(shù)控加工領(lǐng)域。
以下結(jié)合附圖及實施例進(jìn)一步說明本發(fā)明。


圖1是本發(fā)明數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)實施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式

實施例一 如圖1所示， 一種數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)，包括 兩只加速度傳感器和一只速度傳感器，用于獲得數(shù)控機床產(chǎn)生的振動信號；
兩個第一信號調(diào)理器，分別與一個所述加速度傳感器的輸出端相連接，用于對所 述加速度傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理并輸出； 第二信號調(diào)理器，與所述速度傳感器的輸出端相連接，用于對所述速度傳感器輸 出的信號進(jìn)行調(diào)理并輸出； 數(shù)據(jù)采集卡，與所述第一信號調(diào)理器和第二信號調(diào)理器相連接，用于采集并輸出 第一信號調(diào)理器和第二信號調(diào)理器調(diào)理后輸出的信號； 監(jiān)控計算機，與所述數(shù)據(jù)采集卡的輸出端相連接，用于對數(shù)控機床產(chǎn)生的振動信 號進(jìn)行計算和分析，實現(xiàn)對機床的智能性故障診斷。 其中，具體分析方法可以是，對振動信號進(jìn)行時域和頻域分析，通過快速傅里葉變
換和小波包變換生成振動頻譜圖，通過觀測振動頻譜圖，識別故障來源。 其中，所述監(jiān)控計算機與所述數(shù)據(jù)采集卡之間通過的USB總線接口連接。 其中，所述數(shù)據(jù)采集卡的型號為USB-4711的研華數(shù)據(jù)采集卡，所述加速度傳感器
為YD-12型壓電加速度傳感器，所述第一信號調(diào)理器的型號為DHF-7型信號調(diào)理器，第二信號調(diào)理器的型號為YSD-2A型信號調(diào)理器，所述速度傳感器為YSD-2A型速度傳感器。
實施例二 —種數(shù)控機床故障診斷方法，包括以下步驟 1)振動信號獲取步驟，通過兩只加速度傳感器和一只速度傳感器獲得數(shù)控機床產(chǎn) 生的振動信號； 2)信號調(diào)理步驟，通過兩個第一信號調(diào)理器對所述加速度傳感器輸出的信號進(jìn)行 調(diào)理并輸出；通過一個第二信號調(diào)理器對所述速度傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理并輸出；
3)數(shù)據(jù)采集步驟，用于采集并輸出第一信號調(diào)理器和第二信號調(diào)理器調(diào)理后輸出 的信號； 4)信號分析步驟，用于對數(shù)控機床產(chǎn)生的振動信號進(jìn)行計算和分析，實現(xiàn)對機床 的智能性故障診斷。 其中，具體分析方法可以是，對振動信號進(jìn)行時域和頻域分析，通過快速傅里葉變
換和小波包變換生成振動頻譜圖，通過觀測振動頻譜圖，識別故障來源。 其中，所述兩只加速度傳感器分別通過磁座，以磁吸的方式安裝在主軸箱和工作
臺上，所述一只速度傳感器安裝在齒輪箱位置處。 具體地，將本發(fā)明實施例應(yīng)用于對CK6140型數(shù)控車床進(jìn)行故障監(jiān)測和診斷分 析。將兩只YD-12型壓電加速度傳感器分別通過磁座安裝在主軸箱和工作臺上，將一只 YSD-2A型速度傳感器安裝在齒輪箱位置，然后對應(yīng)地連接信號調(diào)理器DHF-7和信號調(diào)理器 YSD-2A。由于信號調(diào)理器需要24V直流供電，故此須外接24V直流電源一臺。然后信號調(diào) 理器輸出的為4-20mA的電流信號，而研華數(shù)據(jù)采集卡USB-4711需要輸入的信號為0-10V 電壓信號，故此，通過端子串入一個500 Q終端電阻，轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出到研華數(shù)據(jù)采集 卡USB-4711，最后通過USB方式與監(jiān)控計算機連接，計算機通過美國國家儀器公司開發(fā)的 LabView軟件平臺，獲取機床產(chǎn)生的振動信號并進(jìn)行分析處理， 一旦機床出現(xiàn)磨損或失效性 故障，振動信號中必能攜帶有對應(yīng)的信息，用戶通過觀測頻譜圖可以及時發(fā)現(xiàn)甚至提前預(yù) 知，以便及時進(jìn)行維修。 以上所述的實施例僅用于說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點，其目的在于使本領(lǐng)域內(nèi) 的技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，不能僅以本實施例來限定本發(fā)明的專利范 圍，即凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本發(fā)明的專利范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)，其特征在于包括兩只加速度傳感器和一只速度傳感器，用于獲得數(shù)控機床產(chǎn)生的振動信號；兩個第一信號調(diào)理器，分別與一個所述加速度傳感器的輸出端相連接，用于對所述加速度傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理并輸出；第二信號調(diào)理器，與所述速度傳感器的輸出端相連接，用于對所述速度傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理并輸出；數(shù)據(jù)采集卡，與所述第一信號調(diào)理器和第二信號調(diào)理器相連接，用于采集并輸出第一信號調(diào)理器和第二信號調(diào)理器調(diào)理后輸出的信號；監(jiān)控計算機，與所述數(shù)據(jù)采集卡的輸出端相連接，用于對數(shù)控機床產(chǎn)生的振動信號進(jìn)行計算和分析，診斷機床故障。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)，其特征在于 所述監(jiān)控計算機與所述數(shù)據(jù)采集卡之間通過的USB總線接口連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)，其特征在于 所述加速度傳感器為YD-12型壓電加速度傳感器，所述第一信號調(diào)理器的型號為DHF-7型信號調(diào)理器，第二信號調(diào)理器的型號為YSD-2A型信號調(diào)理器，所述速度傳感器為 YSD-2A型速度傳感器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)，其特征在于 所述數(shù)據(jù)采集卡的型號為USB-4711的研華數(shù)據(jù)采集卡。
5. —種數(shù)控機床故障診斷方法，其特征在于包括以下步驟1) 振動信號獲取步驟，通過兩只加速度傳感器和一只速度傳感器獲得數(shù)控機床產(chǎn)生的 振動信號；2) 信號調(diào)理步驟，通過兩個第一信號調(diào)理器對所述加速度傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理 并輸出；通過一個第二信號調(diào)理器對所述速度傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理并輸出；3) 數(shù)據(jù)采集步驟，用于采集并輸出第一信號調(diào)理器和第二信號調(diào)理器調(diào)理后輸出的信號；4) 信號分析步驟，用于對數(shù)控機床產(chǎn)生的振動信號進(jìn)行計算和分析，診斷機床故障。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的數(shù)控機床故障診斷方法，其特征在于所述步驟4)中，具體分析方法為，對振動信號進(jìn)行時域和頻域分析，通過快速傅里葉 變換和小波包變換生成振動頻譜圖，通過觀測振動頻譜圖，識別故障來源。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的數(shù)控機床故障診斷方法，其特征在于 所述兩只加速度傳感器分別通過磁座安裝在主軸箱和工作臺上，所述一只速度傳感器安裝在齒輪箱位置處。
全文摘要
數(shù)控機床故障診斷系統(tǒng)及其方法，包括兩只加速度傳感器和一只速度傳感器，用于獲得數(shù)控機床產(chǎn)生的振動信號；兩個第一信號調(diào)理器，用于對所述加速度傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理并輸出；第二信號調(diào)理器，用于對所述速度傳感器輸出的信號進(jìn)行調(diào)理并輸出；數(shù)據(jù)采集卡，用于采集調(diào)理后輸出的信號；監(jiān)控計算機，與所述數(shù)據(jù)采集卡的輸出端相連接，用于對數(shù)控機床產(chǎn)生的振動信號進(jìn)行計算和分析，診斷機床故障。所述方法包括1)振動信號獲取步驟；2)信號調(diào)理步驟；3)數(shù)據(jù)采集步驟；4)信號分析步驟。本發(fā)明裝置硬件結(jié)構(gòu)簡單，診斷分析功能主要依靠軟件實現(xiàn)，便于升級和維護(hù)。減少機床不必要的停機維修時間，提高機床加工的運行效率。
文檔編號B23Q17/00GK101697072SQ200910197909
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月29日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月29日
發(fā)明者安雙利 申請人:上海第二工業(yè)大學(xué);