基于參數(shù)監(jiān)測(cè)的數(shù)控機(jī)床可靠性維護(hù)研究

滕 冠 劉 恒

（柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545006）

基于參數(shù)監(jiān)測(cè)的數(shù)控機(jī)床可靠性維護(hù)研究

滕 冠 劉 恒

（柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 柳州 545006）

為了提高數(shù)控機(jī)床參數(shù)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，防止在監(jiān)測(cè)過(guò)程中一些誤差或者突然的數(shù)據(jù)異常而導(dǎo)致對(duì)數(shù)控機(jī)床實(shí)施錯(cuò)誤的維護(hù)方案和維護(hù)措施，文章設(shè)計(jì)一種基于分布式的數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)采集方法，對(duì)數(shù)控機(jī)床的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，確保采集參數(shù)的準(zhǔn)確性，為數(shù)控機(jī)床的可靠運(yùn)行與故障診斷提供保障。

數(shù)控機(jī)床；參數(shù)；監(jiān)測(cè)

1 前言

數(shù)控機(jī)床的優(yōu)勢(shì)是自動(dòng)化程度高、加工質(zhì)量穩(wěn)定、加工綜合效益高。然而數(shù)控機(jī)床要保持或?qū)崿F(xiàn)這種特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)時(shí)，其重要的前提是要確保數(shù)控機(jī)床能夠穩(wěn)定的工作，因此數(shù)控機(jī)床的可靠性對(duì)數(shù)控機(jī)床的綜合性能和效益有著最直接的影響，也正因?yàn)槿绱耍芯繑?shù)控機(jī)床的可靠性對(duì)更好的發(fā)展和應(yīng)用數(shù)控機(jī)床技術(shù)，有著十分重要的推動(dòng)作用。根據(jù)數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)和性能優(yōu)勢(shì)可以發(fā)現(xiàn)，數(shù)控機(jī)床通過(guò)預(yù)先設(shè)定的數(shù)控加工程序，對(duì)數(shù)控加工的過(guò)程及相關(guān)參數(shù)進(jìn)行提前的預(yù)設(shè)和預(yù)置，使得數(shù)控加工的過(guò)程能夠按照預(yù)先設(shè)定的工作流程及加工參數(shù)進(jìn)行機(jī)械加工，這種加工的方式極大的提高了數(shù)控機(jī)床的工作效率。同時(shí)也降低了數(shù)控機(jī)床在加工過(guò)程中人工操作或者人工干預(yù)的難度和復(fù)雜性，減少了數(shù)控機(jī)床在機(jī)械加工過(guò)程中所需要的操作人員數(shù)量。目前我國(guó)部署的各類(lèi)數(shù)控機(jī)床數(shù)量龐大、各類(lèi)繁多，對(duì)于這些數(shù)控機(jī)床的可靠性維護(hù)、維修等問(wèn)題是困擾著當(dāng)前數(shù)控機(jī)床加工企業(yè)的一項(xiàng)重要問(wèn)題。為了從深層次的提升這些數(shù)控加工企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力，降低這些數(shù)控機(jī)床加工企業(yè)的生產(chǎn)成本，目前最為迫切就是需要解決數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中的可靠性問(wèn)題。本文以數(shù)控機(jī)床維護(hù)過(guò)程中監(jiān)測(cè)參數(shù)為研究對(duì)象，探討監(jiān)測(cè)過(guò)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(jī)床實(shí)施錯(cuò)誤的維護(hù)方案和維護(hù)措施，為數(shù)控機(jī)床的可靠性提供保障。

2 數(shù)控機(jī)床監(jiān)測(cè)與維護(hù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)控機(jī)床監(jiān)測(cè)與維護(hù)系統(tǒng)是一整套的對(duì)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)的結(jié)果制定相應(yīng)的維護(hù)方案并執(zhí)行數(shù)控機(jī)床加工維護(hù)的應(yīng)用系統(tǒng)。該系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　數(shù)據(jù)機(jī)床監(jiān)測(cè)與維護(hù)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)

從圖 1中可以看到，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的前端主要是通過(guò)大量的分步式的傳感器，對(duì)數(shù)控機(jī)床運(yùn)行的狀態(tài)和相關(guān)參數(shù)進(jìn)行采集。采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊，得到待分析折數(shù)據(jù)，之后將對(duì)所采集到的這些數(shù)控機(jī)床工作數(shù)據(jù)和工作參數(shù)進(jìn)行分析。分析的目的是為了識(shí)別當(dāng)前數(shù)控機(jī)床所處的工作狀態(tài)，以及目前數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行過(guò)程中是否有一些故障隱患。尤其是根據(jù)當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析之后，制定相應(yīng)的維護(hù)策略，而維護(hù)策略的生成并不是依靠一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)或者固定的一些規(guī)則，而是通過(guò)相應(yīng)的決策模型，按照預(yù)先設(shè)定的決策條件和決策需求，再結(jié)合當(dāng)前數(shù)據(jù)分析的情況共同進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和決策，得到數(shù)控機(jī)床維護(hù)的決策方案。在數(shù)控機(jī)床決策方案中，最重要的是對(duì)數(shù)控機(jī)床當(dāng)前的工作參數(shù)和相關(guān)配置信息進(jìn)行調(diào)整，因此通過(guò)維護(hù)方案輸出的信息，將會(huì)控制數(shù)控機(jī)床相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，對(duì)數(shù)控機(jī)床相關(guān)參數(shù)的調(diào)整將會(huì)直接影響數(shù)控機(jī)床正常的運(yùn)行狀況和運(yùn)行條件。因此在數(shù)控機(jī)床維護(hù)方案得到的具體的維護(hù)動(dòng)作之后，對(duì)數(shù)控機(jī)床的執(zhí)行過(guò)程和運(yùn)行條件進(jìn)行了相應(yīng)的調(diào)整，此時(shí)需要對(duì)數(shù)控機(jī)床的實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并根據(jù)監(jiān)測(cè)的情況反饋給參數(shù)控制單元，來(lái)控制后續(xù)還是否需要對(duì)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)調(diào)整之后的數(shù)控機(jī)床運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，再通過(guò)決策模型來(lái)進(jìn)行分析和判斷當(dāng)前數(shù)控機(jī)床的維護(hù)方案是否得到執(zhí)行，維護(hù)的效果是否能夠?qū)?shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)有所提升。

3 數(shù)控機(jī)床參數(shù)監(jiān)測(cè)方法

為了提高對(duì)數(shù)控機(jī)床參數(shù)監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性，防止在監(jiān)測(cè)過(guò)程中一些誤差或者突然的數(shù)據(jù)異常，而導(dǎo)致對(duì)數(shù)控機(jī)床實(shí)施錯(cuò)誤的維護(hù)方案和維護(hù)措施，本文設(shè)計(jì)了一種分布式的數(shù)控機(jī)床數(shù)據(jù)采集方法。該分布式數(shù)據(jù)采集的實(shí)現(xiàn)原理是采用兩大類(lèi)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床參數(shù)的測(cè)量。一類(lèi)通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床被采樣的參數(shù)進(jìn)行分布式采集，即在被采樣的對(duì)象上部署多個(gè)數(shù)據(jù)采集傳感器，這樣能夠在監(jiān)測(cè)過(guò)程中對(duì)某一個(gè)采樣的參數(shù)獲取多個(gè)采樣的樣本，之后對(duì)這多個(gè)采樣樣本求均值，以提高數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性。另一類(lèi)是在對(duì)數(shù)控機(jī)床的參數(shù)測(cè)量的時(shí)候，采取間接計(jì)算的方式進(jìn)行獲得。由于數(shù)控機(jī)床中很多運(yùn)行的參數(shù)之間是存在相互關(guān)系的，對(duì)這些參數(shù)相互之間的關(guān)系進(jìn)行計(jì)算和教驗(yàn)，既能夠間接的獲取某些參數(shù)數(shù)值，也能夠?qū)?shù)控機(jī)床的這種測(cè)量參數(shù)進(jìn)行校正，因此對(duì)數(shù)控機(jī)床參數(shù)進(jìn)行分布式采樣時(shí)，可以根據(jù)該參數(shù)和其它參數(shù)之間的相互關(guān)系，建立多種間接計(jì)算的方法，對(duì)每一種間接計(jì)算方法所得到的結(jié)果，最終共同來(lái)確定該參數(shù)的最終數(shù)值。在使得間接計(jì)算方法獲得監(jiān)測(cè)對(duì)象的參數(shù)值時(shí)，每一個(gè)間接計(jì)算的參數(shù)值都采用分布式的方式進(jìn)行采樣。將分布式采樣的結(jié)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(cè)試采集的方案，本文設(shè)計(jì)了如圖 2所示的數(shù)控機(jī)床參數(shù)分布式采集方法，該方法分別由對(duì)參數(shù)的直接分布式采樣和間接計(jì)算兩大類(lèi)方式計(jì)算得到。尤其是通過(guò)間接計(jì)算由于計(jì)算的方式和計(jì)算的參數(shù)之間的關(guān)系不一樣，可能會(huì)得到多種間接計(jì)算的方法，因此每一種間接計(jì)算的方法都將提供一個(gè)參數(shù)計(jì)算值。最后對(duì)直接分布式采樣和間接的計(jì)算值共同求平均，得到最終的參數(shù)監(jiān)測(cè)值。

圖2　數(shù)據(jù)機(jī)床參數(shù)分布式采集方法

這種分布式參數(shù)測(cè)量方法，極大的提高的參數(shù)測(cè)量的精確性。一方面通過(guò)直接的分布式測(cè)量方式，提高了單一參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性；另一方面對(duì)參數(shù)之間的相互關(guān)系，間接計(jì)算得到的參數(shù)計(jì)算結(jié)果，更加進(jìn)一步校正了參數(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性，防止參數(shù)在測(cè)量過(guò)程中，由于測(cè)量單元、測(cè)量方法或測(cè)量技術(shù)的異常，而導(dǎo)致參數(shù)測(cè)量的錯(cuò)誤，因此通過(guò)這種方式對(duì)數(shù)控機(jī)床的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，能夠確保所得到的參數(shù)是準(zhǔn)確有效的。

4 基于數(shù)控機(jī)床參數(shù)監(jiān)測(cè)的可靠性維護(hù)

通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床相關(guān)的各種參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，來(lái)判斷數(shù)控機(jī)床當(dāng)前的工作狀態(tài)是否良好，并且依據(jù)當(dāng)前數(shù)控機(jī)床所處的狀態(tài)來(lái)決定是否要對(duì)數(shù)控機(jī)床進(jìn)行可靠性的維護(hù)，以及維護(hù)的內(nèi)容、維護(hù)的程度。因此為了實(shí)現(xiàn)這一目的，首先需要對(duì)數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行時(shí)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)監(jiān)測(cè)的結(jié)果來(lái)決定數(shù)控機(jī)床下一步的維護(hù)內(nèi)容。

圖3　數(shù)據(jù)機(jī)床監(jiān)測(cè)參數(shù)分析

本文通過(guò)對(duì)數(shù)控機(jī)床工作時(shí)各種參數(shù)進(jìn)行研究和梳理，將數(shù)控機(jī)床的參數(shù)分為兩大類(lèi)如圖 3如示。數(shù)控機(jī)床運(yùn)行時(shí)的相關(guān)參數(shù)主要被分為運(yùn)行參數(shù)和環(huán)境參數(shù)。其中運(yùn)行參數(shù)是指所有和數(shù)控機(jī)床運(yùn)行時(shí)工作狀態(tài)相關(guān)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(hù)參數(shù)等等。而且不同的數(shù)控機(jī)床其工作時(shí)所完成的工作是不一樣的，數(shù)控機(jī)床的結(jié)構(gòu)和所具備的加工能力也是各有差異的，這就導(dǎo)致了不同型號(hào)、不同類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床其運(yùn)行參數(shù)也是各不相同的。另一大類(lèi)的參數(shù)的環(huán)境參數(shù)，數(shù)控機(jī)床在運(yùn)行的時(shí)候其周邊的環(huán)境對(duì)數(shù)控機(jī)床也有影響。尤其是溫濕度的一些差異會(huì)導(dǎo)致數(shù)控機(jī)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(jī)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(guān)參數(shù)。對(duì)環(huán)境參數(shù)的定義和描述也是隨著人們對(duì)數(shù)控機(jī)床的工作狀態(tài)的研究和分析的不斷深入，對(duì)環(huán)境參數(shù)的約定也會(huì)逐漸增加，因此本文研究數(shù)控機(jī)床參數(shù)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，所列舉的這些參數(shù)僅僅是作為對(duì)數(shù)控機(jī)床參數(shù)監(jiān)測(cè)的基本參數(shù)信息。當(dāng)用戶對(duì)數(shù)控機(jī)床工作狀態(tài)和工作性能研究越深入，對(duì)數(shù)控機(jī)床工作時(shí)的相關(guān)參數(shù)監(jiān)測(cè)也更為細(xì)致，因此對(duì)數(shù)控機(jī)床監(jiān)測(cè)的過(guò)程需要具備一定的可擴(kuò)展性，以便今后增加新的參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5 總結(jié)

本論文設(shè)計(jì)的數(shù)控機(jī)床相關(guān)監(jiān)測(cè)參數(shù)的獲取更多是采取基于經(jīng)驗(yàn)分析的方法進(jìn)行。然而在數(shù)控機(jī)床現(xiàn)實(shí)的工作過(guò)程中，不同的數(shù)控機(jī)床其工況條件、運(yùn)行特點(diǎn)都各有差異，以一種固有的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)去描述不同特點(diǎn)的數(shù)控機(jī)床相關(guān)模型，將會(huì)直接導(dǎo)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(jī)床不可靠修復(fù)模型和可靠性分配模型能夠更好的應(yīng)用，需要對(duì)可靠性模型中的相關(guān)參數(shù)的選取和優(yōu)化方案進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)，重點(diǎn)是構(gòu)建自動(dòng)化、自適應(yīng)的模型參數(shù)選取和優(yōu)化機(jī)制，使得本論文所設(shè)計(jì)的可靠性模型能夠適應(yīng)不同種類(lèi)、不同類(lèi)型的數(shù)控機(jī)床進(jìn)行分析和應(yīng)用，提高本論文研究成果的通用性。

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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(jī)電類(lèi)專(zhuān)業(yè)數(shù)控實(shí)訓(xùn)平臺(tái)研制”（KY2015LX642）；廣西高等教育教學(xué)改革工程項(xiàng)目“高職高專(zhuān)數(shù)控車(chē)床編程與操作分層次教學(xué)的研究”（2013JGA397）。

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

劉恒（1975-），男，廣西柳州人，柳州職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授，研究生學(xué)歷，從事機(jī)電一體化方向研究。