基于參數監測的數控機床可靠性維護研究

滕 冠 劉 恒

（柳州職業技術學院，廣西 柳州 545006）

基于參數監測的數控機床可靠性維護研究

滕 冠 劉 恒

（柳州職業技術學院，廣西 柳州 545006）

為了提高數控機床參數監測的準確性，防止在監測過程中一些誤差或者突然的數據異常而導致對數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控機床數據采集方法，對數控機床的參數進行監測，確保采集參數的準確性，為數控機床的可靠運行與故障診斷提供保障。

數控機床；參數；監測

1 前言

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

2 數控機床監測與維護系統結構

數控機床監測與維護系統是一整套的對數控機床運行狀態、運行參數進行監測，并根據監測的結果制定相應的維護方案并執行數控機床加工維護的應用系統。該系統的組成結構如圖1所示。

圖1　數據機床監測與維護系統組成結構

從圖 1中可以看到，該監測系統的前端主要是通過大量的分步式的傳感器，對數控機床運行的狀態和相關參數進行采集。采集到的數據經過數據處理模塊，得到待分析折數據，之后將對所采集到的這些數控機床工作數據和工作參數進行分析。分析的目的是為了識別當前數控機床所處的工作狀態，以及目前數控機床在運行過程中是否有一些故障隱患。尤其是根據當前數控機床的運行狀態進行分析之后，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驗數據或者固定的一些規則，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，再結合當前數據分析的情況共同進行數據的分析和決策，得到數控機床維護的決策方案。在數控機床決策方案中，最重要的是對數控機床當前的工作參數和相關配置信息進行調整，因此通過維護方案輸出的信息，將會控制數控機床相關的參數進行調整，對數控機床相關參數的調整將會直接影響數控機床正常的運行狀況和運行條件。因此在數控機床維護方案得到的具體的維護動作之后，對數控機床的執行過程和運行條件進行了相應的調整，此時需要對數控機床的實際運行情況進行監測，并根據監測的情況反饋給參數控制單元，來控制后續還是否需要對數控機床的運行參數進行調整。同時調整之后的數控機床運行狀態、運行參數繼續進行監測，再通過決策模型來進行分析和判斷當前數控機床的維護方案是否得到執行，維護的效果是否能夠對數控機床的工作狀態有所提升。

3 數控機床參數監測方法

為了提高對數控機床參數監測的準確性，防止在監測過程中一些誤差或者突然的數據異常，而導致對數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控機床數據采集方法。該分布式數據采集的實現原理是采用兩大類的方法來實現數控機床參數的測量。一類通過對數控機床被采樣的參數進行分布式采集，即在被采樣的對象上部署多個數據采集傳感器，這樣能夠在監測過程中對某一個采樣的參數獲取多個采樣的樣本，之后對這多個采樣樣本求均值，以提高數據測量的準確性。另一類是在對數控機床的參數測量的時候，采取間接計算的方式進行獲得。由于數控機床中很多運行的參數之間是存在相互關系的，對這些參數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數值，也能夠對數控機床的這種測量參數進行校正，因此對數控機床參數進行分布式采樣時，可以根據該參數和其它參數之間的相互關系，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的最終數值。在使得間接計算方法獲得監測對象的參數值時，每一個間接計算的參數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，得到每一種參數的最終數值。

根據這種參數的測試采集的方案，本文設計了如圖 2所示的數控機床參數分布式采集方法，該方法分別由對參數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，得到最終的參數監測值。

圖2　數據機床參數分布式采集方法

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

4 基于數控機床參數監測的可靠性維護

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

圖3　數據機床監測參數分析

本文通過對數控機床工作時各種參數進行研究和梳理，將數控機床的參數分為兩大類如圖 3如示。數控機床運行時的相關參數主要被分為運行參數和環境參數。其中運行參數是指所有和數控機床運行時工作狀態相關的各種參數，主要包括主軸溫度、液壓油溫度、切削參數、保護參數等等。而且不同的數控機床其工作時所完成的工作是不一樣的，數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、不同類型的數控機床其運行參數也是各不相同的。另一大類的參數的環境參數，數控機床在運行的時候其周邊的環境對數控機床也有影響。尤其是溫濕度的一些差異會導致數控機床的工作狀態發生一定的改變，這將直接影響到數控機床的工作性能，環境參數主要包括環境溫度、環境濕度、電壓輔值、電壓噪聲、電流大小等等相關參數。對環境參數的定義和描述也是隨著人們對數控機床的工作狀態的研究和分析的不斷深入，對環境參數的約定也會逐漸增加，因此本文研究數控機床參數監測的過程中，所列舉的這些參數僅僅是作為對數控機床參數監測的基本參數信息。當用戶對數控機床工作狀態和工作性能研究越深入，對數控機床工作時的相關參數監測也更為細致，因此對數控機床監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進行監測。

5 總結

本論文設計的數控機床相關監測參數的獲取更多是采取基于經驗分析的方法進行。然而在數控機床現實的工作過程中，不同的數控機床其工況條件、運行特點都各有差異，以一種固有的經驗參數去描述不同特點的數控機床相關模型，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的選取和優化方案進行研究和設計，重點是構建自動化、自適應的模型參數選取和優化機制，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.基于區間分析的數控機床可靠性模糊綜合分配方法[J].北京工業大學學報,2011,(3):321-329.

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

[3] 羅永順.數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濟優化模型[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“高校機電類專業數控實訓平臺研制”（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，柳州職業技術學院副教授，研究生學歷，從事機電一體化方向研究。