CN114063566B - 数控机床的进给轴故障检测方法、系统、介质及数控机床 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种数控机床的进给轴故障检测方法、系统、介质及数控机床，所述数控机床的进给轴故障检测方法包括：生成所述数控机床的运行程序；在所述数控机床进入运行状态后，采集与进给轴关联的运行数据；分析与进给轴关联的运行数据，以判定所述数控机床是否存在传动部件故障或电机部件故障。本发明所述数控机床的进给轴故障检测方法、系统、介质及数控机床通过采集并分析进给轴匀速运动时的速度波动和力矩电流情况来对进给轴进行精准故障诊断，以便及时发现设备故障，且无需增加检测成本，便于现场实施。

Description

数控机床的进给轴故障检测方法、系统、介质及数控机床

技术领域

本发明属于数控机床检测和信号处理领域，涉及一种检测方法和系统，特别是涉及一种数控机床的进给轴故障检测方法、系统、介质及数控机床。

背景技术

目前对数控机床或其他数控设备的机械传动部件故障检测，通常需要使用外部检测设备，如振动传感器及其分析设备等，相关设备成本较高，现场实施困难。通常情况下，由于成本原因，数控机床或其他数控设备的使用者不会专门购买相关检测设备。使用传统机械检测方法通常要对机械进行拆卸，现场实施困难。现场对主轴及进给轴的故障判断多依靠经验，在出现较严重加工问题时才能发现问题，这时通常关键部件已经损坏，难以维修。

因此，如何提供一种数控机床的进给轴故障检测方法、系统、介质及数控机床，以解决现有技术对主轴及进给轴的故障判断多依靠经验，因此只有在数控机床出现严重加工问题时才会发现问题，导致关键部件损坏，难以维修等缺陷，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种数控机床的进给轴故障检测方法、系统、介质及数控机床，用于解决现有技术对主轴及进给轴的故障判断多依靠经验，因此只有在数控机床出现严重加工问题时才会发现问题，导致关键部件损坏，难以维修的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明一方面提供一种数控机床的进给轴故障检测方法，包括：生成所述数控机床的运行程序；在所述数控机床进入运行状态后，采集与进给轴关联的运行数据；分析与进给轴关联的运行数据，以判定所述数控机床是否存在传动部件故障或电机部件故障。

于本发明的一实施例中，所述与所述进给轴关联的运行数据包括一级运行数据及于所述一级运行数据内采集到的二级运行数据。

于本发明的一实施例中，所述分析与所述进给轴关联的运行数据的步骤包括：根据所述一级运行数据，将所述进给轴的单向运行行程划分为三段检测段。

于本发明的一实施例中，所述分析与所述进给轴关联的运行数据的步骤还包括：从三段检测段中依次序选取一段检测段，获取该检测段内采集的二级运行数据。

于本发明的一实施例中，对分析与进给轴关联的运行数据的步骤还包括：对所述二级运行数据做去均值处理，获取待分析运行数据；将所述待分析运行数据划分为第一待分析数据和第二待分析数据；检测所述第一待分析数据，以判定所述数控机床的机械传动部件是否存在故障；检测所述第二待分析数据，以判定所述数控机床的电机部件是否存在故障。

于本发明的一实施例中，所述第一待分析数据为高频数据；所述检测所述第一待分析数据的步骤包括：计算所述第一待分析数据的数据峭度，当所述第一待分析数据的数据峭度大于1时，判定所述数控机床的机械传动部件存在故障；所述第二待分析数据为低频数据；所述检测所述第二待分析数据的步骤包括：获取所述第二待分析数据的包络数据；对所述包络数据做傅里叶变换，得到傅里叶变换结果；从所述傅里叶变换结果中查找最大峰值，判断所述最大峰值是否与电机转频匹配；若是，计算所述最大峰值在总体峰值中的占比；当所述占比超过预设占比阈值时，表示所述数控机床的电机部件存在故障。

于本发明的一实施例中，所述一级运行数据包括进给轴的反馈位置；所述二级运行数据包括于所述进给轴的反馈位置内采集的反馈速度或力矩电流。

本发明另一方面提供一种数控机床的进给轴故障检测系统，包括：程序生成模块，用于生成所述数控机床的运行程序；数据采集模块，用于在所述数控机床进入运行状态后，采集与进给轴关联的运行数据；故障分析模块，用于分析与进给轴关联的运行数据，以判定所述数控机床是否存在传动部件故障或电机部件故障。

本发明又一方面提供一种介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述数控机床的进给轴故障检测方法。

本发明最后一方面提供一种数控机床，包括：处理器及存储器；所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述数控机床执行所述数控机床的进给轴故障检测方法。

如上所述，本发明所述的数控机床的进给轴故障检测方法、系统、介质及数控机床，具有以下有益效果：

本发明所述数控机床的进给轴故障检测方法、系统、介质及数控机床通过采集并分析进给轴匀速运动时的速度波动和力矩电流情况来对进给轴进行精准故障诊断，以便及时发现设备故障，且无需增加检测成本，便于现场实施。

附图说明

图1显示为本发明的数控机床的进给轴故障检测方法于一实施例中的流程示意图。

图2显示为本发明的数控机床的进给轴故障检测方法中S13的流程示意图。

图3显示为本发明的数控机床的进给轴故障检测系统于一实施例中的原理结构示意图。

元件标号说明

1 数控机床的进给轴故障检测

系统

31 程序生成模块

32 数据采集模块

33 故障分析模块

S11～S13 步骤

S131～S136 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

本实施例提供一种数控机床的进给轴故障检测方法，包括：

生成所述数控机床的运行程序；

在所述数控机床进入运行状态后，采集与进给轴关联的运行数据；

分析与进给轴关联的运行数据，以判定所述数控机床是否存在传动部件故障或电机部件故障。

以下将结合图示对本实施例所提供的数控机床的进给轴故障检测方法进行详细描述。请参阅图1，显示为数控机床的进给轴故障检测方法于一实施例中的流程示意图。如图1所示，所述数控机床的进给轴故障检测方法具体包括以下步骤：

S11，生成所述数控机床的运行程序。

在本实施例中，所述数控机床的运行程序包括指示进给轴匀速(如F1200mm/min)运行，且在正负极限位置之间往复运行一次的程序。

S12，在所述数控机床进入运行状态后，采集与进给轴关联的运行数据。

所述与进给轴关联的运行数据包括一级运行数据及于所述一级运行数据内采集到的二级运行数据。

在本实施例中，所述一级运行数据包括进给轴的反馈位置，所述二级运行数据包括于所述进给轴的反馈位置内采集的反馈速度或力矩电流。

S13，分析与进给轴关联的运行数据，以判定所述数控机床是否存在传动部件故障或电机部件故障。

请参阅图2，显示为S13的流程示意图。如图2所示，所述S13包括：

S131，根据所述一级运行数据，将所述进给轴的单向运行行程划分为三段检测段。

具体地，根据采集的反馈位置，在单向运行行程范围内取3段数据进行分析，即四分之一行程位置，中间行程位置和四分之三行程位置的数据进行分析。所选择数据的长度应至少包含两个丝杠导程的运动范围(如为其他传动方式，保证数据中至少包含了传动部件两个运动周期)。

S132，从三段检测段中依次序选取一段检测段，获取该检测段内采集的进给轴的反馈速度。

S133，对所述进给轴的反馈速度做去均值处理，获取待分析的反馈速度；

S134，将所述待分析的反馈速度划分为第一待分析数据和第二待分析数据。在本实施例中，所述第一待分析数据为高频数据，第二待分析数据为低频数据。

具体地，通过低通滤波和高通滤波将待分析的反馈速度划分为低频数据vel_low和高频数据vel_high。

S135，检测所述高频数据vel_high，以判定所述数控机床的机械传动部件是否存在故障。

具体地，所述S135包括计算所述高频数据vel_high的数据峭度k_high，当所述高频数据vel_high的数据峭度k_high大于1时，判定所述数控机床的机械传动部件存在故障；

S135’，检测所述低频数据vel_low，以判定所述数控机床的电机部件是否存在故障。

具体地，首先，使用包络分析法(例如，hilbert方法)获取所述低频数据vel_low的包络数据；

接着，对所述包络数据做傅里叶变换，得到傅里叶变换结果。

然后，从所述傅里叶变换结果中查找最大峰值，判断所述最大峰值是否与电机转频(主轴转速/60)匹配(考虑到傅里叶变换结果的频率分辨率，误差在±2hz内，则认为最大峰值与电机转频匹配)；若是，计算所述最大峰值在总体峰值中的占比w_f_p；当所述占比超过预设占比阈值(例如，预设占比阈值0.15为经验值，也可根据实际情况设定)时，表示所述数控机床的电机部件存在故障。

在本实施例中，最大峰值在总体峰值中的占比w_f_p的计算公式如下：

其中，[m_f1,m_f2,m_f3,...,m_fn]为傅里叶变换的幅值结果，[m_k-5,m_k-4,...,m_k,m_k+1,m_k+2]为电机转频对应的幅值m_k附近的幅值。

S136,返回S132，选取下一检测段，继续对下一检测段进行检测。

根据以上的介绍对6段数据(单向运行取3段，往复运动一共有6段)进行故障判断，如果有4段反应出相同故障，则认为故障存在(数值4也可根据实际情况进行调整，推荐为4段)。

本实施例所述数控机床的进给轴故障检测方法通过采集并分析进给轴匀速运动时的速度波动和力矩电流情况来对进给轴进行精准故障诊断，以便及时发现设备故障，且无需增加检测成本，便于现场实施。

本实施例还提供一种介质(亦称计算机可读存储介质)，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述数控机床的进给轴故障检测方法。

本领域普通技术人员可以理解计算机可读存储介质：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过计算机程序相关的硬件来完成。前述的计算机程序可以存储于一计算机可读存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

实施例二

本实施例提供一种数控机床的进给轴故障检测系统，包括：

程序生成模块，用于生成所述数控机床的运行程序；

数据采集模块，用于在所述数控机床进入运行状态后，采集与进给轴关联的运行数据；

故障分析模块，用于分析与进给轴关联的运行数据，以判定所述数控机床是否存在传动部件故障或电机部件故障。

以下将结合图示对本实施例所提供的数控机床的进给轴故障检测系统进行详细描述。请参阅图3，显示为数控机床的进给轴故障检测系统于一实施例中的原理结构示意图。如图3所示，所述数控机床的进给轴故障检测系统3包括程序生成模块31、数据采集模块32及故障分析模块33。

所述程序生成模块31用于生成所述数控机床的运行程序。

在本实施例中，所述数控机床的运行程序包括指示进给轴匀速(如F1200mm/min)运行，且在正负极限位置之间往复运行一次的程序。

与所述程序生成模块31耦合的所述数据采集模块32用于在所述数控机床进入运行状态后，采集与进给轴关联的运行数据。在本实施例中，所述与进给轴关联的运行数据包括一级运行数据及于所述一级运行数据内采集到的二级运行数据。

在本实施例中，所述一级运行数据包括进给轴的反馈位置，所述二级运行数据包括于所述进给轴的反馈位置内采集的反馈速度或力矩电流。

与所述程序生成模块31和所述数据采集模块32耦合的所述故障分析模块33用于分析与所述进给轴关联的运行数据，以判定所述数控机床是否存在传动部件故障或电机部件故障。

具体地，所述故障分析模块33根据所述一级运行数据，将所述进给轴的单向运行行程划分为若干检测段，从若干检测段中选取一段检测段，获取该检测段内采集的二级运行数据。对所述二级运行数据做去均值处理，获取待分析运行数据；将所述待分析运行数据划分为第一待分析数据和第二待分析数据；检测所述第一待分析数据，以判定所述数控机床的机械传动部件是否存在故障；检测所述第二待分析数据，以判定所述数控机床的电机部件是否存在故障。待检测完该检测段后，选取下一检测段，继续对下一检测段进行检测。

具体地，所述故障分析模块33通过低通滤波和高通滤波将待分析的反馈速度划分为低频数据和高频数据，计算所述高频数据vel_high的数据峭度k_high，当所述高频数据vel_high的数据峭度k_high大于1时，判定所述数控机床的机械传动部件存在故障；同时，使用包络分析法(例如，hilbert方法)获取所述低频数据的包络数据；对所述包络数据做傅里叶变换，得到傅里叶变换结果。从所述傅里叶变换结果中查找最大峰值，判断所述最大峰值是否与电机转频(主轴转速/60)匹配(考虑到傅里叶变换结果的频率分辨率，误差在±2hz内，则认为最大峰值与电机转频匹配)；若是，计算所述最大峰值在总体峰值中的占比w_f_p；当所述占比超过预设占比阈值(例如，预设占比阈值0.15为经验值，也可根据实际情况设定)时，表示所述数控机床的电机部件存在故障。

需要说明的是，应理解以上系统的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现，也可以全部以硬件的形式实现，还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如：x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述系统的某一个芯片中实现。此外，x模块也可以以程序代码的形式存储于上述系统的存储器中，由上述系统的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，一个或多个微处理器(Digital Singnal Processor，简称DSP)，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，如中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。这些模块可以集成在一起，以片上系统(System-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。

实施例三

本实施例提供一种数控机床，包括：处理器、存储器、收发器、通信接口或/和系统总线；存储器和通信接口通过系统总线与处理器和收发器连接并完成相互间的通信，存储器用于存储计算机程序，通信接口用于和其他设备进行通信，处理器和收发器用于运行计算机程序，使数控机床执行如上数控机床的进给轴故障检测方法的各个步骤。

上述提到的系统总线可以是外设部件互连标准(Peripheral ComponentInterconnect，简称PCI)总线或扩展工业标准结构(Extended Industry StandardArchitecture，简称EISA)总线等。该系统总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。通信接口用于实现数据库访问装置与其他设备(如客户端、读写库和只读库)之间的通信。存储器可能包含随机存取存储器(Random Access Memory，简称RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。

上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application SpecificIntegrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。

本发明所述的数控机床的进给轴故障检测方法的保护范围不限于本实施例列举的步骤执行顺序，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的步骤增减、步骤替换所实现的方案都包括在本发明的保护范围内。

本发明还提供一种数控机床的进给轴故障检测系统，所述数控机床的进给轴故障检测系统可以实现本发明所述的数控机床的进给轴故障检测方法，但本发明所述的数控机床的进给轴故障检测方法的实现装置包括但不限于本实施例列举的数控机床的进给轴故障检测系统的结构，凡是根据本发明的原理所做的现有技术的结构变形和替换，都包括在本发明的保护范围内。

综上所述，本发明所述数控机床的进给轴故障检测方法、系统、介质及数控机床通过采集并分析进给轴匀速运动时的速度波动和力矩电流情况来对进给轴进行精准故障诊断，以便及时发现设备故障，且无需增加检测成本，便于现场实施。本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种数控机床的进给轴故障检测方法，其特征在于，包括：

生成所述数控机床的运行程序；

在所述数控机床进入运行状态后，采集与进给轴关联的运行数据；

分析与进给轴关联的运行数据，以判定所述数控机床是否存在传动部件故障或电机部件故障；

其中，所述分析与所述进给轴关联的运行数据包括一级运行数据及于所述一级运行数据内采集到的二级运行数据；

所述分析与所述进给轴关联的运行数据的步骤包括：

根据所述一级运行数据，将所述进给轴的单向运行行程划分为三段检测段；

从三段检测段中依次序选取一段检测段，获取该检测段内采集的二级运行数据；

对所述二级运行数据做均值处理，获取待分析运行数据；

将所述待分析运行数据划分为第一待分析数据和第二待分析数据；

检测所述第一待分析数据，以判定所述数控机床的机械传动部件是否存在故障；

检测所述第二待分析数据，以判定所述数控机床的电机部件是否存在故障；

所述第一待分析数据为高频数据；

所述检测所述第一待分析数据的步骤包括：

计算所述第一待分析数据的数据峭度，当所述第一待分析数据的数据峭度大于1时，判定所述数控机床的机械传动部件存在故障；

所述第二待分析数据为低频数据；

所述检测所述第二待分析数据的步骤包括：

获取所述第二待分析数据的包络数据；

对所述包络数据做傅里叶变换，得到傅里叶变换结果；

从所述傅里叶变换结果中查找最大峰值，判断所述最大峰值是否与电机转频匹配；若是，计算所述最大峰值在总体峰值中的占比；当所述占比超过预设占比阈值时，表示所述数控机床的电机部件存在故障。

2.根据权利要求1所述的数控机床的进给轴故障检测方法，其特征在于，

所述一级运行数据包括进给轴的反馈位置；

所述二级运行数据包括于所述进给轴的反馈位置内采集的反馈速度或力矩电流。

3.一种数控机床的进给轴故障检测系统，其特征在于，包括：

程序生成模块，用于生成所述数控机床的运行程序；

数据采集模块，用于在所述数控机床进入运行状态后，采集与进给轴关联的运行数据；

故障分析模块，用于分析与进给轴关联的运行数据，以判定所述数控机床是否存在传动部件故障或电机部件故障；

其中，所述分析与所述进给轴关联的运行数据包括一级运行数据及于所述一级运行数据内采集到的二级运行数据；

所述分析与所述进给轴关联的运行数据的步骤包括：

根据所述一级运行数据，将所述进给轴的单向运行行程划分为三段检测段；

从三段检测段中依次序选取一段检测段，获取该检测段内采集的二级运行数据；

对所述二级运行数据做均值处理，获取待分析运行数据；

将所述待分析运行数据划分为第一待分析数据和第二待分析数据；

检测所述第一待分析数据，以判定所述数控机床的机械传动部件是否存在故障；

检测所述第二待分析数据，以判定所述数控机床的电机部件是否存在故障；

所述第一待分析数据为高频数据；

所述检测所述第一待分析数据的步骤包括：

计算所述第一待分析数据的数据峭度，当所述第一待分析数据的数据峭度大于1时，判定所述数控机床的机械传动部件存在故障；

所述第二待分析数据为低频数据；

所述检测所述第二待分析数据的步骤包括：

获取所述第二待分析数据的包络数据；

对所述包络数据做傅里叶变换，得到傅里叶变换结果；

从所述傅里叶变换结果中查找最大峰值，判断所述最大峰值是否与电机转频匹配；若是，计算所述最大峰值在总体峰值中的占比；当所述占比超过预设占比阈值时，表示所述数控机床的电机部件存在故障。

4.一种介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至2中任一项所述数控机床的进给轴故障检测方法。

5.一种数控机床，其特征在于，包括：处理器及存储器；

所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述数控机床执行如权利要求1至2中任一项所述数控机床的进给轴故障检测方法。