CN113894365B - 数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统 - Google Patents

数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统及其检测方法，包括：机械检测模块以及油品检测模块，其特征在于：所述机械检测模块包括分别设置在所述主轴箱出油口以及入油口位置的若干振动传感模块，所述振动传感模块与所述主轴箱箱壁紧贴，且两侧所述振动传感模块之间连线与所述主轴轴线平行；所述油品检测模块包括分别设置在主动轴以及从动轴附近的若干温度传感模块，以及分别设置在所述主轴箱出油口以及入油口位置的若干流速检测模块，若干所述流速检测模块朝向一致，且与所述主轴箱内油品流向相反，本发明通过对主轴箱内各位置的全面检测，能够快速定位故障位置以及故障原因，从而便于确定高效的故障维修方式。

Description

数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统
技术领域
本发明涉及主轴箱设备领域或故障检测领域，尤其涉及一种基于数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统及其检测方法。
背景技术
主轴箱是机床的重要的部件，是用于布置机床工作主轴及其传动零件和相应的附加机构的。主轴箱是一个复杂的传动部件，包括主轴组件、换向机构、传动机构、制动装置、操纵机构和润滑装置等。其主要作用是支承主轴并使其旋转，实现主轴启动、制动、变速和换向等功能，主轴箱采用多级齿轮传动，通过一定的传动系统，经主轴箱内各个位置上的传动齿轮和传动轴，最后把运动传到主轴上，使主轴获得规定的转速和方向，主轴箱是以底平面和凸块侧面与床身接触来保证其安装位置正确。底面是用来控制主轴轴线与床身导轨在垂直平面内的平行度误差；凸块侧面是控制主轴轴线在水平面内与床身导轨的平行度误差。主轴箱的安装，主要是保证这两个方向的平行度要求。主轴孔插入检验心轴，指示表座吸在刀架下滑座上，分别在上素线和侧素线上测量，指示表在全长范围内读数差就是平行度误差值。
主轴箱常见的故障有机械机构故障以及油量失衡故障，主要包括：制动机构故障，长期未清洗电磁阀导致的阀芯卡止，制动摩擦片产生磨损、表面太光滑、太薄或已经碎裂，制动压力太低，摩擦片之间的摩擦力太小；主轴箱主轴自动变速不平稳产生冲击：控制主轴箱主轴自动变速电磁铁断电和通电的时间继电器失灵；螺钉松动导致机床坐标轴上的联轴器松动；主轴箱内润滑油太多，影响摩擦片之间的制动摩擦力，或密封件磨损导致润滑油失压。
诸如上述各种问题，现如今在机床运转过程中，一旦出现主轴箱异常，往往需要维修人员对主轴箱进行拆卸检查，从而确认其内部是否存在机械损坏，并且往往在故障造成产品缺陷后才会发现故障的存在，导致损坏程度较大，当下还没有一种能够在线实时监控，并且快速定位故障原因的检测系统。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种基于数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统及其检测方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统及其检测方法，包括：机械检测模块以及油品检测模块，其特征在于：所述机械检测模块包括分别设置在所述主轴箱出油口以及入油口位置的若干振动传感模块，所述振动传感模块与所述主轴箱箱壁紧贴，且两侧所述振动传感模块之间连线与所述主轴轴线平行；所述油品检测模块包括分别设置在主动轴以及从动轴附近的若干温度传感模块，以及分别设置在所述主轴箱出油口以及入油口位置的若干流速检测模块，若干所述流速检测模块朝向一致，且与所述主轴箱内油品流向相反。
本发明一个较佳实施例中，还包括设置在齿轮轴附近，且朝向所述齿轮轴上齿轮的平膜压力传感器。
本发明一个较佳实施例中，所述平膜压力传感器朝向路线为所述齿轮轴在齿轮外侧位置的切线，用于测量齿轮轴外侧各轮齿转动通过时产生的流体波动。
本发明一个较佳实施例中，所述油品检测模块还包括油质分析模块，若干所述油质分析模块分别设置在主动轴、从动轴以及出油口附近。
本发明一个较佳实施例中，还包括用于控制所述机械检测模块以及所述油品检测模块按需激活的控制组件。
本发明一个较佳实施例中，所述控制组件包括连接警报模块的数据处理器，以及连接检测模块的控制器。
本发明一个较佳实施例中，所述警报模块包括警报灯以及急停模块。
本发明一个较佳实施例中，所述控制组件还包括这支在所述主轴箱外壁上的控制按键以及显示屏。
本发明还提供了一种基于数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统的检测方法，其特征在于，适用于主轴箱输出功率异常下降状态，且常开机械检测模块，包括以下步骤：
A.监控主轴箱主轴两端位置的振动频率以及振动幅度，当振动频率以及振动幅度一致，且振动同步时，控制器调动全部的温度传感模块以及流速检测模块数据；
B.当主轴两端振动频率和/或振动幅度不一致，或振动不同步时，处理器调动油品分析模块数据。
本发明一个较佳实施例中，对出油口位置流速数据a1与入油口位置流速a2进行一段时间的持续监控，当a1-a2在持续时间段内保持为正值，则处理器通过警报模块提示主轴箱内润滑油油量超标，箱体内部压力过大。
本发明一个较佳实施例中，当a1-a2在持续时间段内保持为负值，则处理器通过警报模块提示主轴箱箱体失压。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
本发明通过机械检测模块和油品检测模块相配合，实现了对主轴箱运行状态的实时状态监控，能够使得操作者第一时间发现故障并定位故障原因，从而进行针对性的高效修理，具体的，先通过常开的设置在主轴两端的机械检测模块，对输入与输出两端的机械振动进行监控，从而确然主轴箱内部是否存在机械损伤，一旦两端振动情况一致，则意味着主轴箱内润滑油油量以及油压异常，通过对润滑油温度以及流速的监控，操作者能够快速判断其是否是润滑寿命到期，或油压故障导致主轴箱异常；而当两端振动情况不一致时，则意味着主轴箱内存在机械损坏或胶圈破损，必然存在机械或橡胶碎末混合在润滑油内，通过对主轴箱内润滑油的油质以及颗粒含量分析，从而能够使操作者快速定位破损部件以及破损位置，从而进行高效的维修作业。
本发明能够在润滑油失压情况下进行报警，应当意识到，主轴箱润滑油失压是一个漫长的过程，且不易被快速发觉，在其失压过程中，相当长的一段时间内无法被察觉，本发明通过在持续时间段内的流速监控，配合温度感应，能够在主轴过热损坏之前就发现失压问题。
本发明中采用油质分析模块，若干油质分析模块分别设置在主动轴、从动轴以及出油口附近，油质分析模块主要针对润滑油中的固体颗粒，例如损坏脱落的橡胶颗粒或金属颗粒，通过这些固体颗粒的浓度以及分类，来判断主轴箱内损坏脱落的元器件，应当意识到，对于润滑油本身的特性，是由机床运行前的加注或停机维护过程中进行针对性添加的，不属于在线检测范围，只需针对不同的润滑油进行检测规则以及阈值的调节即可。
本发明中采用平膜压力传感器对齿轮轴上轮齿进行针对性的检测，具体的，平膜压力传感器朝向轮齿最外端，一方面此处轮齿能够提供更为明显的流体波动，易于数据对比，另一方面，轮齿最外端转动路径最远，受力较大使其更易破损，轮齿的损坏通常都是整体断裂或外端破损，本发明能够对这两种情况都提供较好的检测效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明的优选实施例的流程图。
实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本发明的描述中，“实施例”、“一个实施例”或“其他实施例”的提及表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示的一种基于数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统及其检测方法，包括：机械检测模块以及油品检测模块，机械检测模块包括分别设置在主轴箱出油口以及入油口位置的若干振动传感模块，优选的，振动传感模块与主轴箱箱壁紧贴，且两侧振动传感模块之间连线与主轴轴线平行，从而能够对主轴箱两侧进行整体性的振动监测，能够包括主动轴、从动轴、离合器制动器等元部件的振动情况，进行整体性的监控，应当意识到，这样的监控方式更为全面，但是还不能精确至部件本体，还可以将振动传感模块贴附在刹车上，通过设置在刹车盘表面，使得当离合器脱开主轴，刹车盘开始制动主轴时，通过其贴附，将主轴振动间接传输至刹车盘上振动传感器模块，即不影响主轴的正常运转，又能够起到针对性的精准测量效果；油品检测模块包括分别设置在主动轴以及从动轴附近的若干温度传感模块，以及分别设置在主轴箱出油口以及入油口位置的若干流速检测模块，若干流速检测模块朝向一致，且与主轴箱内油品流向相反。
优选的，油品检测模块还包括油质分析模块，若干油质分析模块分别设置在主动轴、从动轴以及出油口附近，需要说明的是，油质分析模块主要针对润滑油中的固体颗粒，例如损坏脱落的橡胶颗粒或金属颗粒，通过这些固体颗粒的浓度以及分类，来判断主轴箱内损坏脱落的元器件，应当意识到，对于润滑油本身的特性，是由机床运行前的加注或停机维护过程中进行针对性添加的，不属于在线检测范围，只需针对不同的润滑油进行检测规则以及阈值的调节即可。
优选的，在齿轮轴附近设置有朝向齿轮轴上轮齿的平膜压力传感器，平膜压力传感器朝向路线为所述齿轮轴在齿轮外侧位置的切线，用于测量齿轮轴外侧各轮齿转动通过时产生的流体波动，能够检测易于局部破损的轮齿外端，也能够检测常见的轮齿断裂情况，在齿轮转动过程中，每一轮齿通过时都会产生流体波动，一旦流体波动出现数值异常或缺失，操作者能够快速定位需要维修的齿轮。
一实施例中，还包括用于控制机械检测模块以及油品检测模块按需激活的控制组件，至少包括手动控制按键，应当意识到，通过数值预设，还可以采用微电脑自动控制激活的方式，并通过传输模块将故障检测信息传输至操作者处。进一步的，手动控制按键设置在主轴箱外壁或机床外壁上，通过显示屏将故障现象显示。
一实施例中，还设置有警报模块，能够通过警报灯或警报器等方式提醒操作者，并设置急停按键，能够快速刹停主轴，避免进一步损坏。
本发明还提供了一种基于数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统的检测方法，其特征在于，适用于主轴箱输出功率异常下降状态，且常开机械检测模块，包括以下步骤：A.监控主轴箱主轴两端位置的振动频率以及振动幅度，当振动频率以及振动幅度一致，且振动同步时，控制器调动全部的温度传感模块以及流速检测模块数据；B.当主轴两端振动频率和/或振动幅度不一致，或振动不同步时，处理器调动油品分析模块数据。
基于上述检测方法，对出油口位置流速数据a1与入油口位置流速a2进行一段时间的持续监控，当a1-a2在持续时间段内保持为正值，则处理器通过警报模块提示主轴箱内润滑油油量超标，箱体内部压力过大，需要说明的是，在主轴箱外部必然设置有润滑油流入控制机构，在外部流入状态正常的情况下，导致主轴箱输出功率下降的主要原因一般为主轴箱或出油口位置堵塞，或主轴转速过高，运转时长过久导致温度失控。
进一步的，当a1-a2在持续时间段内保持为负值，则处理器通过警报模块提示主轴箱箱体失压，通常是密封圈时效导致泄露，通过及时的泄露监控，避免机床生产过程中的损伤进一步扩大。
此外，当主轴两端振动状态不一致时，多数情况为主轴箱内部胶套老化脱落或机械磨损掉落颗粒，导致主轴箱内润滑油不流畅，因此优先的采用检测润滑油内杂质颗粒的方式，并且还可以在润滑油流路上经过的各部件附近分别设置若干油质分析模块，从而能够快速定位异常位置，从而确认损坏器件。
本发明通过机械检测模块和油品检测模块相配合，实现了对主轴箱运行状态的实时状态监控，能够使得操作者第一时间发现故障并定位故障原因，从而进行针对性的高效修理，具体的，先通过常开的设置在主轴两端的机械检测模块，对输入与输出两端的机械振动进行监控，从而确然主轴箱内部是否存在机械损伤，一旦两端振动情况一致，则意味着主轴箱内润滑油油量以及油压异常，通过对润滑油温度以及流速的监控，操作者能够快速判断其是否是润滑寿命到期，或油压故障导致主轴箱异常；而当两端振动情况不一致时，则意味着主轴箱内存在机械损坏或胶圈破损，必然存在机械或橡胶碎末混合在润滑油内，通过对主轴箱内润滑油的油质以及颗粒含量分析，从而能够使操作者快速定位破损部件以及破损位置，从而进行高效的维修作业。
本发明能够在润滑油失压情况下进行报警，应当意识到，主轴箱润滑油失压是一个漫长的过程，且不易被快速发觉，在其失压过程中，相当长的一段时间内无法被察觉，本发明通过在持续时间段内的流速监控，配合温度感应，能够在主轴过热损坏之前就发现失压问题。
本发明中采用平膜压力传感器对齿轮轴上轮齿进行针对性的检测，具体的，平膜压力传感器朝向轮齿最外端，一方面此处轮齿能够提供更为明显的流体波动，易于数据对比，另一方面，轮齿最外端转动路径最远，受力较大使其更易破损，轮齿的损坏通常都是整体断裂或外端破损，本发明能够对这两种情况都提供较好的检测效果。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (6)

1.一种基于数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统，包括：机械检测模块以及油品检测模块，其特征在于：
所述机械检测模块包括分别设置在所述主轴箱出油口以及入油口位置的若干振动传感模块，所述振动传感模块与所述主轴箱箱壁紧贴，且两侧所述振动传感模块之间连线与主轴轴线平行；
所述油品检测模块包括分别设置在主动轴以及从动轴附近的若干温度传感模块，以及分别设置在所述主轴箱出油口以及入油口位置的若干流速检测模块，若干所述流速检测模块朝向一致，且与所述主轴箱内油品流向相反；
所述油品检测模块还包括油质分析模块，若干所述油质分析模块分别设置在主动轴、从动轴以及出油口附近；
所述油质分析模块被用于检测所述主轴箱内的润滑油中的固体颗粒；
还包括用于控制所述机械检测模块以及所述油品检测模块按需激活的控制组件；
在主轴箱输出功率异常下降状态，检测方法包括以下步骤：
A.监控主轴箱主轴两端位置的振动频率以及振动幅度，当振动频率以及振动幅度一致，且振动同步时，控制器调动全部的温度传感模块以及流速检测模块数据；
B.当主轴两端振动频率和/或振动幅度不一致，或振动不同步时，处理器调动油质分析模块数据。
2.根据权利要求1所述的一种基于数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统，其特征在于：还包括设置在齿轮轴附近，且朝向所述齿轮轴上齿轮的平膜压力传感器。
3.根据权利要求2所述的一种基于数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统，其特征在于：所述平膜压力传感器朝向路线为所述齿轮轴在齿轮外侧位置的切线，用于测量齿轮轴外侧各轮齿转动通过时产生的流体波动数值以及缺失情况。
4.根据权利要求1所述的一种基于数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统，其特征在于：所述控制组件包括连接警报模块的数据处理器，以及连接检测模块的控制器。
5.根据权利要求1所述的一种基于数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统，其特征在于，对出油口位置流速数据a1与入油口位置流速a2进行一段时间的持续监控，当a1-a2在持续时间段内保持为正值，则处理器通过警报模块提示主轴箱内润滑油油量超标，箱体内部压力过大。
6.根据权利要求5所述的一种基于数控铣齿机主轴箱的在线故障检测系统，其特征在于：当a1-a2在持续时间段内保持为负值，则处理器通过警报模块提示主轴箱箱体失压。
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