數控機床狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)(文獻綜述)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 文獻綜述機床狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設計1前言 為了使數控機床加工過程安全、可靠、高效、高質量地進行，對加工設備進行狀態(tài)監(jiān)測就變得非常重要。本文分析了數控機床狀態(tài)監(jiān)測的主要內容，論述了設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的基本組成和狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實現的關鍵技術，并針對數控機床的加工過程，總結數控機床狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程和系統(tǒng)實現的具體結構。2主題目前，國內大多數機床監(jiān)控系統(tǒng)屬于專用系統(tǒng)，其開放性較差，已不能滿足當今制造業(yè)的發(fā)展需求，屬于工廠內部典型的 “自動化孤島”。而計算機軟件技術及工業(yè)控制網絡

2、技術的發(fā)展，使得工廠自動化設備的互聯成為可能。機床信息采集與監(jiān)測技術研究已經得到許多科技工作者的高度重視。數控機床多用PLC控制，同時計算機網絡是快捷、高效、廣普的信息傳遞媒介。PCPLC網絡因而成為數控機床數據采集與監(jiān)控的主要研究方向。但是一方面由于數控機床的封閉性，實際應用中很難直接從PLC讀取機床的各種信息；另一方面，一些數控機床廠商如SIEMENS，FANUC等開發(fā)有針對自己機床數據采集與監(jiān)測的軟件，但是大多價格昂貴15。隨著技術的進步，制造業(yè)設備的復雜程度和智能化程度不斷提高，然而復雜設備因其結構的復雜性，而使其在提高功能或性能時，給系統(tǒng)的可靠性、安全性、可用性、經濟性等方面帶來了一

3、系列難題，系統(tǒng)發(fā)生故障或失效的潛在可能性也越來越大6。對設備自動化加工過程進行狀態(tài)監(jiān)測的主要目的就是要保證加工系統(tǒng)的安全運行，合理并優(yōu)化使用自動化設備，避免設備故障，保證加工工件質量，減少額外的輔助工作時間，提高生產效率和設備利用率。同時，設備的狀態(tài)監(jiān)測也是對設備進行故障診斷的基礎7。數控機床狀態(tài)監(jiān)測是指對數控機床加工過程中的某些工作狀態(tài)數據進行數據采集和處理，通過將實際特征參數與正常值進行比較，從而掌握數控機床的實際工作狀態(tài)，了解設備工作是否正常合理，同時為故障診斷和預測提供依據。主要包括機床狀態(tài)監(jiān)測、刀具狀態(tài)監(jiān)測、加工過程監(jiān)測和加工工件質量監(jiān)測等4個方面。數控機床的加工過程是一個復雜的物理

4、化學過程，對其進行狀態(tài)監(jiān)測涉及很多相關技術。一般的設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)主要包括信息獲取、特征提取和狀態(tài)識別3個主要方面。其實無論是狀態(tài)監(jiān)測還是故障診斷與預測，數據采集、傳輸與處理是基礎。設計一個狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其關鍵是要設計一個合理的數據采集與處理系統(tǒng)來實現狀態(tài)監(jiān)測。信息獲取是狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的首要一步。數控機床在加工過程中，反應過程狀態(tài)的信號很多，包括切削力、電機功率、聲發(fā)射信號、振動信號、切削溫度、切削參數、切削扭矩等。這些信號需要通過若干相關的傳感器來進行檢測，信號檢測直接決定監(jiān)測系統(tǒng)的成敗。特征提取是對檢測信號進行進一步加工處理，主要是指信號的分析和處理，從大量信號中提取出與加工狀態(tài)變

5、化相關的參數，目的在于提高信號的信噪比，提高系統(tǒng)的抗干擾能力。提取的特征參數的品質對監(jiān)測系統(tǒng)的性能和可靠性具有重要的影響。特征提取是狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中最為關鍵、核心、難度最大、理論性也最強的一個環(huán)節(jié)8。狀態(tài)識別實質上是通過建立合理的模型，根據特征提取所獲得的特征參數對加工過程的狀態(tài)進行分類判斷。該過程的關鍵是模型的建立，當前建模的方法主要有統(tǒng)計方法、模式識別、專家系統(tǒng)和神經網絡等。但是現有的模糊模式識別方法和神經網絡識別方法不太適用于加工過程狀態(tài)的識別。特征提取之后，需要根據特征提取結果來分析和判斷設備系統(tǒng)的運行狀態(tài)，其實質就是模式識別。其主要針對識別對象本身的模糊性或識別要求上的模糊性9。

6、實現模糊模式識別的方法和途徑有很多種，目前主要有隸屬原則、擇近原則、模糊聚類分析、模糊綜合評判等10。其在加工過程監(jiān)測系統(tǒng)中都有過具體的應用，如利用模式識別技術對切削過程進行識別，對刀具磨損狀態(tài)進行識別等11。典型的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的工作流程包含了數據采集、數據預處理、數據傳輸、特征提取、數據融合和狀態(tài)監(jiān)測等環(huán)節(jié)12。數據的采集與傳輸，目前的發(fā)展體現在傳感器的高精度、小型化、集成化、嚴酷環(huán)境適應性、可靠性(應比被監(jiān)測對象更可靠)、低能耗、健壯與高速率傳輸的傳感器網絡等方面13,14。設計數控機床狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)時，一定要考慮到系統(tǒng)的針對性、可靠性和擴展性，即在充分分析數控機床的運行狀態(tài)和常見故障的基礎

7、上，有針對性地進行特征信號的分析與傳感器類型的選擇，采用模塊化結構設計，以使系統(tǒng)能夠可靠地運行15。不同的子系統(tǒng)在數控機床的狀態(tài)監(jiān)測中起著各自不同的作用，特征信號采集子系統(tǒng)以特定的頻率采集機床運行過程中的特征信號，經過信號處理和傳輸后，通過網絡智能學習子系統(tǒng)學習機床的工作狀態(tài)，目的是監(jiān)測數控機床當前的運行狀態(tài)，最后通過運行狀態(tài)分析顯示模塊，給出特征信號的分析以及數控機床當前運行狀態(tài)的評價。3總結數控機床加工過程狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的研究是當前制造業(yè)市場的需求，是保證自動化加工順利進行，降低生產成本，提高產品質量，阻止并預防加工過程出現故障的有力保障。雖然目前的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)還存在著這樣那樣的問題，但隨著

8、智能傳感器技術、信號處理技術、人工智能和網絡技術的不斷發(fā)展，特別是隨著新的信息處理方法和決策方法的出現，數控機床的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)將向實用化的方向發(fā)展。參考文獻1李廣第單片機基礎M北京：北京航空航天大學出版社，20022黃強，焦立，李滟澤柴油機故障診斷中振動信號測點位置的研究J華中科技大學學報：自然科學版，2007，35(5)：1021043魏瑞軒，韓崇昭，張劍峰基于CAN總線構建大型復雜工業(yè)現場的實時測控網絡工業(yè)儀表與自動化裝置，20009（6)120-1234尹如海，王明秋功率、切削力、AE組合刀具監(jiān)控系統(tǒng)的研究J成都工具研究所，2006，7（40）37-395孫寶元，錢敏，張軍.壓電式傳感器

9、與測力儀研究的回顧與展望J大連理工學報，2001.41（2）：127-1326 李允公機械故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測特征提取中的若干典型問題的研究D沈陽：東北大學20057邱靜FMS狀態(tài)監(jiān)控與故障診斷述評J中國機械工程1999，10(7)：8108158陳國金, 王召鵬數控設備數據采集方法研究J機電工程，2005( 6) ：29329張曉丹模糊模式識別技術在水電仿真考核系統(tǒng)中的應用J計算機工程2005，31(6)：222410徐陽模式模式識別及其應用M成都：西南交通大學出版社，200111胡廣書數字信號處理M北京：清華大學出版社200312曾聲奎故障預測與健康管理技術的現狀與發(fā)展J航空學報2005，26(5)：62663213孫博PHM系統(tǒng)中的傳感器應用與PS數據傳輸技術J測控技術2007，26(7)：12-1414HessA，Fila L，etca1The jaint strike fighter(JSF)PHM concept pote