CN109719562B - 数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法。该方法以X射线为介质，采用探伤方式对运行中的主轴进行检测，从而实时获得主轴各处的直径数据，与此同时，将直径数据与预定值比较，当直径数据小于预定值时，提示该位置可能存在表面缺陷情况下，从而启动应急响应机制。在该机制中，首先切断电动滑台电源和X射线发射器、X射线接收器电源，不仅为了停止其工作，而且可指示出缺陷位置；同时，减小电机转速，以规避主轴发生进一步损伤的风险；此外，通过熄灭正常状态指示灯、启动蜂鸣器可提示周围人员尽快排除故障。应用本发明，在基本不改变机床自身结构的前提下对主轴微小缺陷故障实现了实时监控，有效提升了安全性和运行效率。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程自动化技术领域，具体涉及一种数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法。
背景技术
随着机械自动化的不断发展，数控技术在工业中的应用日趋广泛，从目前数控技术及其装备发展的趋势来看，数控系统正在向电气化、高速化方向发展。在高速加工工艺中，对机床主轴系统要求更高，不仅要具有较高的转速和较大的输出扭矩，而且还要求具有较高的主轴回转精度，同时在高速运转中能保持良好的刚性、抗震性和热稳定性。
机床主轴运行于复杂的机械环境中，不仅与气体环境接触，而且可能与加工碎屑、颗粒物杂质能持续碰撞，由于主轴运转速度高，因此可能在运行过程中造成机械性损伤。不同于静态结构的机械性损伤，主轴一旦出现缺陷，会直接导致转动力矩不平衡，随着轴体的高速转动，这种缺陷会造成机床整体振动，甚至造成主轴断裂风险。综上所述，主轴结构的实时监测对保证设备运行安全具有重要意义。现有技术中，这种监测是定期进行的，一般属于设备例行检修的一部分，然而，常规检测手段对微小缺陷的发现概率较低，尤其在复杂的机械环境中，检测设备难以有效布设，仅靠人员观察往往会忽略缺陷；另外，这种间歇性的检测无法及时发现故障，对运行过程中突发的碰撞损伤缺乏有效的监测作用。
发明内容
本发明旨在针对现有技术的技术缺陷，提供一种数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法，以解决现有技术的数控机床主轴在运行过程中发生机械性损伤时，难以及时发现的技术问题。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法，包括：
X射线接收器接收来自X射线发射器的X射线，计算位于该X射线路径上的主轴的直径，所述X射线接收器与所述X射线发射器位于一电动滑台上且二者位置相对固定；
将计算得到的直径数据与预定值比较；
当所述计算得到的直径数据不小于所述预定值时，驱动所述电动滑台沿所述主轴运动，保持电机转速，保持指示灯供电电路连通，保持蜂鸣报警器供电电路断开，保持所述X射线接收器供电电路连通，保持所述X射线发射器供电电路连通；
当所述计算得到的直径数据小于所述预定值时，驱动所述电动滑台停止，驱动电机减速，断开指示灯供电电路，连通蜂鸣报警器供电电路，断开所述X射线接收器供电电路，断开所述X射线发射器供电电路。
作为优选，所述位于该X射线路径上的主轴的直径是变量；用于与预定值比较的所述直径数据是该变量的最小值。
作为优选，该方法是通过以下检测装置实现的，所述检测装置包括：套管，电动滑台，X射线发射器，X射线接收器，电源，主轴，电机，指示灯，蜂鸣报警器，其中所述套管的外表面开设有螺纹，电动滑台连接在套管上，在电动滑台上分别固定连接有X射线发射器和X射线接收器，套管套接在主轴的外部，所述X射线发射器与所X射线接收器之间连线经过所述主轴的轴线，电源固定连接在所述电动滑台上，电源分别为电动滑台、X射线发射器、X射线接收器供电；电机与主轴传动连接，所述X射线接收器分别与电动滑台、电机、指示灯、蜂鸣报警器通信连接。
作为优选，该方法包括以下步骤：在电源供电状态下，电动滑台带动X射线发射器和X射线接收器在套管表面沿主轴运动，X射线发射器持续向X射线接收器发射X射线，该X射线经过主轴的轴线，同时，电机驱动主轴转动，指示灯处于亮起状态，蜂鸣报警器处于不工作状态；根据X射线接收器所接受到的X射线，计算电动滑台所处位置主轴的直径，当该直径数值小于预定值时，停止电动滑台运动，降低电机转速，熄灭指示灯，启动蜂鸣报警器，停止X射线发射器工作，停止X射线接收器工作。
作为优选，所述套管为圆管，套管的轴线与主轴的轴线相互重合。
作为优选，所述X射线发射器和所述X射线接收器各有两个，其中一个X射线发射器与其中一个X射线接收器之间连线，垂直于另一个X射线发射器与另一个X射线接收器之间连线。
作为优选，套管与主轴不接触，所述套管的直径是所述主轴的4倍。
作为优选，所述通信连接是通过数据线连接或通过wifi连接。
在以上技术方案中，套管保持与主轴位置相对固定，其表面开设有螺纹，从而用于承载电动滑台，使电动滑台与其表面构成丝杆结构，可在套管表面沿着主轴延伸方向平行滑动；电动滑台带动其上的X射线发射器和X射线接收器平移，从而对主轴不同位置的直径进行检测，得益于X射线的高精度，可实时得到直径数据。
由于主轴处于运动状态，因此在电动滑台所处的某一点，计算得到的主轴直径亦为一变量，理想状态下，该变量应当持续恒定为主轴完好状态下的直径，然而当主轴表面存在局部凹陷时，该变量呈波动状态，那么该变量的最小值即为X射线穿过该凹陷时检测到的直径数值，因此以该变量的最小值用于同预定值比较，可有效侦测表面缺陷。
电源为X射线发射器、X射线接收器以及电动滑台供电；电机驱动主轴转动；指示灯、蜂鸣报警器位于控制面板上，接近操作人员，可由其他电源供电；由于X射线接收器分别与电动滑台、电机、指示灯、蜂鸣报警器通信连接，因此当X射线接收器(或配套单片机)计算并比较发现某处直径小于预定值时，可驱动电动滑台停止(该停止位置为工作人员指示出缺陷所处位置)，降低电机转速(减小运行风险)，并熄灭指示灯、启动蜂鸣报警器来提示周围工作人员。
本发明提供了一种数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法。该方法以X射线为介质，采用探伤方式对运行中的主轴进行检测，从而实时获得主轴各处的直径数据，与此同时，将直径数据与预定值比较，当直径数据小于预定值时，提示该位置可能存在表面缺陷情况下，从而启动应急响应机制。在该机制中，首先切断电动滑台电源和X射线发射器、X射线接收器电源，不仅为了停止其工作，而且可指示出缺陷位置；同时，减小电机转速，以规避主轴发生进一步损伤的风险；此外，通过熄灭正常状态指示灯、启动蜂鸣器可提示周围人员尽快排除故障。应用本发明，在基本不改变机床自身结构的前提下对主轴微小缺陷故障实现了实时监控，有效提升了安全性和运行效率。
附图说明
图1是本发明的方法流程图；
图2是本发明实施例2中检测装置一部分结构从主视视角观察的剖面图；
图3是本发明实施例2中检测装置一部分结构从右视视角观察的剖面图；
图4是本发明实施例2中检测装置另一部分结构从俯视视角观察的剖面图；
图中：
1、套管 2、电动滑台 3、X射线发射器 4、X射线接收器
5、电源 6、主轴 7、电机 8、指示灯
9、蜂鸣报警器。
具体实施方式
以下将对本发明的具体实施方式进行详细描述。为了避免过多不必要的细节，在以下实施例中对属于公知的结构或功能将不进行详细描述。以下实施例中所使用的近似性语言可用于定量表述，表明在不改变基本功能的情况下可允许数量有一定的变动。除有定义外，以下实施例中所用的技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。
实施例1
数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法，包括：
X射线接收器接收来自X射线发射器的X射线，计算位于该X射线路径上的主轴的直径，所述X射线接收器与所述X射线发射器位于一电动滑台上且二者位置相对固定；
将计算得到的直径数据与预定值比较；
当所述计算得到的直径数据不小于所述预定值时，驱动所述电动滑台沿所述主轴运动，保持电机转速，保持指示灯供电电路连通，保持蜂鸣报警器供电电路断开，保持所述X射线接收器供电电路连通，保持所述X射线发射器供电电路连通；
当所述计算得到的直径数据小于所述预定值时，驱动所述电动滑台停止，驱动电机减速，断开指示灯供电电路，连通蜂鸣报警器供电电路，断开所述X射线接收器供电电路，断开所述X射线发射器供电电路。
其中，所述位于该X射线路径上的主轴的直径是变量；用于与预定值比较的所述直径数据是该变量的最小值。
实施例2
数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法，包括：
X射线接收器接收来自X射线发射器的X射线，计算位于该X射线路径上的主轴的直径，所述X射线接收器与所述X射线发射器位于一电动滑台上且二者位置相对固定；
将计算得到的直径数据与预定值比较；
当所述计算得到的直径数据不小于所述预定值时，驱动所述电动滑台沿所述主轴运动，保持电机转速，保持指示灯供电电路连通，保持蜂鸣报警器供电电路断开，保持所述X射线接收器供电电路连通，保持所述X射线发射器供电电路连通；
当所述计算得到的直径数据小于所述预定值时，驱动所述电动滑台停止，驱动电机减速，断开指示灯供电电路，连通蜂鸣报警器供电电路，断开所述X射线接收器供电电路，断开所述X射线发射器供电电路。
其中，所述位于该X射线路径上的主轴的直径是变量；用于与预定值比较的所述直径数据是该变量的最小值。
上述方法是通过以下检测装置实现的，所述检测装置包括：套管1，电动滑台2，X射线发射器3，X射线接收器4，电源5，主轴6，电机7，指示灯8，蜂鸣报警器9，其中所述套管1的外表面开设有螺纹，电动滑台2连接在套管1上，在电动滑台2上分别固定连接有X射线发射器3和X射线接收器4，套管1套接在主轴6的外部，所述X射线发射器3与所X射线接收器4之间连线经过所述主轴6的轴线，电源5固定连接在所述电动滑台2上，电源5分别为电动滑台2、X射线发射器3、X射线接收器4供电；电机7与主轴6传动连接，所述X射线接收器4分别与电动滑台2、电机7、指示灯8、蜂鸣报警器9通信连接。
上述方法具体包括以下步骤：在电源5供电状态下，电动滑台2带动X射线发射器3和X射线接收器4在套管1表面沿主轴6运动，X射线发射器3持续向X射线接收器4发射X射线，该X射线经过主轴6的轴线，同时，电机7驱动主轴6转动，指示灯8处于亮起状态，蜂鸣报警器9处于不工作状态；根据X射线接收器4所接受到的X射线，计算电动滑台2所处位置主轴6的直径，当该直径数值小于预定值时，停止电动滑台2运动，降低电机7转速，熄灭指示灯8，启动蜂鸣报警器9，停止X射线发射器3工作，停止X射线接收器4工作。
其中，所述套管1为圆管，套管1的轴线与主轴6的轴线相互重合。所述X射线发射器3和所述X射线接收器4各有两个，其中一个X射线发射器3与其中一个X射线接收器4之间连线，垂直于另一个X射线发射器3与另一个X射线接收器4之间连线。套管1与主轴6不接触，所述套管1的直径是所述主轴6的4倍。所述通信连接是通过数据线连接或通过wifi连接。
该装置的工作原理如下：套管1保持与主轴6位置相对固定，其表面开设有螺纹，从而用于承载电动滑台2，使电动滑台2与其表面构成丝杆结构，可在套管1表面沿着主轴6延伸方向平行滑动；电动滑台2带动其上的X射线发射器3和X射线接收器4平移，从而对主轴6不同位置的直径进行检测，得益于X射线的高精度，可实时得到直径数据。
由于主轴6处于运动状态，因此在电动滑台2所处的某一点，计算得到的主轴6直径亦为一变量，理想状态下，该变量应当持续恒定为主轴6完好状态下的直径，然而当主轴6表面存在局部凹陷时，该变量呈波动状态，那么该变量的最小值即为X射线穿过该凹陷时检测到的直径数值，因此以该变量的最小值用于同预定值比较，可有效侦测表面缺陷。
电源5为X射线发射器3、X射线接收器4以及电动滑台2供电；电机7驱动主轴6转动；指示灯8、蜂鸣报警器9位于控制面板上，接近操作人员，可由其他电源供电；由于X射线接收器4分别与电动滑台2、电机7、指示灯8、蜂鸣报警器9通信连接，因此当X射线接收器4(或配套单片机)计算并比较发现某处直径小于预定值时，可驱动电动滑台2停止(该停止位置为工作人员指示出缺陷所处位置)，降低电机7转速(减小运行风险)，并熄灭指示灯8、启动蜂鸣报警器9来提示周围工作人员。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法，其特征在于，包括：
X射线接收器接收来自X射线发射器的X射线，计算位于该X射线路径上的主轴的直径，所述X射线接收器与所述X射线发射器位于一电动滑台上且二者位置相对固定；
将计算得到的直径数据与预定值比较；
当所述计算得到的直径数据不小于所述预定值时，驱动所述电动滑台沿所述主轴运动，保持电机转速，保持指示灯供电电路连通，保持蜂鸣报警器供电电路断开，保持所述X射线接收器供电电路连通，保持所述X射线发射器供电电路连通；
当所述计算得到的直径数据小于所述预定值时，驱动所述电动滑台停止，驱动电机减速，断开指示灯供电电路，连通蜂鸣报警器供电电路，断开所述X射线接收器供电电路，断开所述X射线发射器供电电路。
2.根据权利要求1所述的数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法，其特征在于，位于该X射线路径上的主轴的直径是变量；用于与预定值比较的所述直径数据是该变量的最小值。
3.根据权利要求1所述的数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法，其特征在于，该方法是通过以下检测装置实现的，所述检测装置包括：套管(1)，电动滑台(2)，X射线发射器(3)，X射线接收器(4)，电源(5)，主轴(6)，电机(7)，指示灯(8)，蜂鸣报警器(9)，其中所述套管(1)的外表面开设有螺纹，电动滑台(2)连接在套管(1)上，在电动滑台(2)上分别固定连接有X射线发射器(3)和X射线接收器(4)，套管(1)套接在主轴(6)的外部，所述X射线发射器(3)与所述X射线接收器(4)之间连线经过所述主轴(6)的轴线，电源(5)固定连接在所述电动滑台(2)上，电源(5)分别为电动滑台(2)、X射线发射器(3)、X射线接收器(4)供电；电机(7)与主轴(6)传动连接，所述X射线接收器(4)分别与电动滑台(2)、电机(7)、指示灯(8)、蜂鸣报警器(9)通信连接。
4.根据权利要求3所述的数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：在电源(5)供电状态下，电动滑台(2)带动X射线发射器(3)和X射线接收器(4)在套管(1)表面沿主轴(6)运动，X射线发射器(3)持续向X射线接收器(4)发射X射线，该X射线经过主轴(6)的轴线，同时，电机(7)驱动主轴(6)转动，指示灯(8)处于亮起状态，蜂鸣报警器(9)处于不工作状态；根据X射线接收器(4)所接受到的X射线，计算电动滑台(2)所处位置主轴(6)的直径，当该直径数值小于预定值时，停止电动滑台(2)运动，降低电机(7)转速，熄灭指示灯(8)，启动蜂鸣报警器(9)，停止X射线发射器(3)工作，停止X射线接收器(4)工作。
5.根据权利要求3所述的数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法，其特征在于，所述套管(1)为圆管，套管(1)的轴线与主轴(6)的轴线相互重合。
6.根据权利要求3所述的数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法，其特征在于，所述X射线发射器(3)和所述X射线接收器(4)各有两个，其中一个X射线发射器(3)与其中一个X射线接收器(4)之间连线，垂直于另一个X射线发射器(3)与另一个X射线接收器(4)之间连线。
7.根据权利要求3所述的数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法，其特征在于，套管(1)与主轴(6)不接触，所述套管(1)的直径是所述主轴(6)的4倍。
8.根据权利要求3所述的数控机床主轴微小缺陷故障诊断方法，其特征在于，所述通信连接是通过数据线连接或通过wifi连接。
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