機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的影響因素的制約谒府，如溫度拼坎、轉數(shù)、外部負荷完疫、軸向及徑向振動或者環(huán)境條件等泰鸡。過去做過許多試驗债蓝，以采集主軸不穩(wěn)定的工作狀態(tài)障翼。因此，如今幾乎所有快速旋轉的主軸都按標準配置了傳感器谚茅，用以測量軸承部位和馬達線圈上的溫度型圈，個別機床還在主軸頭上配置了軸向和徑向移位傳感器昙椭，在軸承部位裝配了振動傳感器喜拥。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)部控制信號垃桨。

　　盡管如此，迄今主軸診斷系統(tǒng)在實踐中經(jīng)受住考驗的卻寥寥無幾器赦。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)處理的智能算法吹似，在于傳感器對干擾的敏感性太高刚垦。所以喷楣，診斷系統(tǒng)的最大挑戰(zhàn)依舊是趟大，對生產(chǎn)設備進行可靠而無錯誤報警的監(jiān)控铣焊，從而使無故障生產(chǎn)成為可能逊朽。

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

　　聯(lián)邦科研部BMBF的ISPI智能主軸單元項目深入探討了這些問題涤妒，研究了高能機床主軸診斷系統(tǒng)的初步思路赚哗。為此在兩條試驗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)妈唯，并借助執(zhí)行器加以調(diào)節(jié)泣幼。比如內(nèi)裝的加速傳感器用于對振動進行測量，DMS測力環(huán)則測量預拉力江构。一體化內(nèi)置的執(zhí)行機構包括壓電陶瓷調(diào)節(jié)元件艺退，利用該元件可以調(diào)節(jié)軸承的預應力在缆，另裝有一臺微型計量泵，可主動對主軸軸承的微量潤滑進行調(diào)節(jié)茫失，另外還有各種各樣的控制功能精柒。

　　ISPI項目取得的部分結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床的控制裝置上探九。數(shù)據(jù)記錄器的任務是，把主軸當作一個機電一體化的機器組成部分街立，給它裝上一種分散的智能(圖2)舶衬。這樣赎离，主軸今后不僅能對環(huán)境的變化自動做出反應逛犹，而且也能進行自我診斷梁剔。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構荣病，該機構經(jīng)過內(nèi)裝的傳感器采集主軸的工作狀態(tài)码撰。

　　為了避免出現(xiàn)主軸的臨界工作狀態(tài)个盆，比如需要對碰撞脖岛、過載荷以及溫度的變化進行監(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)全部從測量技術上進行采集鸡岗，并保存在一個共享的數(shù)據(jù)庫里。然后可以根據(jù)這個基準數(shù)據(jù)庫编兄，求出基準數(shù)據(jù)和當前的傳感器數(shù)據(jù)之間現(xiàn)有的關聯(lián)并進行分析處理咕烟。例如一旦當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憎对。根據(jù)工作狀態(tài)的不同，這要么是機器的一次反應(比如碰撞時緊急停車)酌铺，要么是向人機接口發(fā)出的一次報警信號(如軸承磨損加重時)散岩。

　　數(shù)據(jù)記錄儀今后也將對預防性的維護措施提供支持酿乾，方法是數(shù)據(jù)記錄儀的軟件對當前的傳感器數(shù)據(jù)額外進行分析萌圣。每一個采集到的參數(shù)都要制作直方圖，并進行趨勢分析低海，然后保存在數(shù)據(jù)記錄儀的數(shù)據(jù)存儲器里缔寒。這樣，每個組件的故障概率都可以從時間上做出估計顿蝇，必要時也可及時實施維護工作感细。預定的目標還包括與設計系統(tǒng)的連接票彪，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)出這些信息降铸，并可以圖形的形式在操作界面上顯示出來在旱。打算保護自己推掸、不讓人家提出無理索賠要求的主軸制造廠家颈渊，今后可以從過負荷狀態(tài)的記錄中得到好處终佛。

　　對機床組件的監(jiān)控將提高生產(chǎn)設備的可靠性雾家。機床組件上越來越多地采用傳感系統(tǒng)铃彰，結合對所采集數(shù)據(jù)的智能處理芯咧，對機床運營商來說將大有好處。診斷系統(tǒng)的目標是妆吱，把機器的運轉設計得更加可靠橘凿，具有更高的可操作性，并大大簡化維修工作寡络。成本高昂的停產(chǎn)時間將被縮短，生產(chǎn)成本也將下降含口。

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