第五章-5-2机床状态检测

5.2机床状态检测1.数控机床状态监测的主要内容：

对于数控机床来说，我们所进行状态监测就是对其加工过程进行监测，其中主要项目主要包括机床状态监测、加工过程监测、刀具状态监测和加工工件质量监测这4个方面。2.典型的状态监测系统的工作流程典型的数控机床状态监测系统的工作流程如图所示。这其中环节包括数据采集、数据预处理、数据传输、特征提取、数据融合和状态监测等。典型的状态监测系统的工作流程3.西门子804D4.常用监测手段4.1振动监测振动是一种极其普遍的物理现象。物体围绕平衡位置作往复运动就称为振动。在振动过程中，振动的位移、速度、加速度、力和应变等机械量等是随时间而变化的。振动分类不是所有的设备都必须作为振动监测对象进行监测的，而要根据其特点和重要性研究决定。确定监测对象时应优先考虑的设备一般有：（1）直接生产设备，特别是连续作业和流程作业中的设备；（2）发生故障或停机后会造成较大损失的设备；（3）没有备用机组的关键设备；（4）价格昂贵的大型精密或成套设备；（5）发生故障后会产生二次公害的设备；（6）维修周期长或维修费用高的设备；（7）容易发生人身安全事故的设备。确定监测对象选择监测点设备振动信号是设备异常和故障信息的载体。选择最佳监测点并采用合适的检测方法是获得有效故障信息的重要条件。真实而充分地检测到足够数量能客观地反映设备情况的振动信号是监测诊断能否成功的关键。如果所检测到的信号不真实、不典型、或不能客观地充分地暴露设备的实际状态，那么后续的各种功能再完善也等于零。因此，监测点选择的正确与否关系到能否对故障作出正确的监测和诊断。一般情况下，监测点数量及方向的确定应考虑的一条总原则：能对设备振动状态作出全面描述；尽可能选择机器振动的敏感点，离机器核心部位最近的关键点和容易产生劣化现象的易损点。监测点的选择应考虑环境因素，避免选择高温、高湿度、出风口和温度变化剧烈的地方作为监测点，以保证监测的有效性。对于低频段的确定性振动（常为低频振动）必须同时测量径向的水平和垂直两个方向，有条件时还应增加轴向测量点。对于高频的随机振动和冲击振动可以只确定一个方向作为测量点。测量点应尽量靠近轴承的承载区，与被监测的转动部件最好只有一个界面，尽可能避免多层相隔，使振动信号在传递过程中减少中间环节和衰减量。监测点必须有足够的刚度，轴承座和侧面往往是较好的监测点。监测点不是越多越好，要以最少的传感器，最灵敏地测出整个机组系统的工况，确定必不可少的监测点。这就需要对整个机组的结构特性所全面了解和分析。监测点一经确定，其位置一定要固定不变，如果发生偏移，监测值的离散度在高频时将达到好几倍。2.6.3确定监测周期确定监测周期的原则是超前于机器劣化速度。根据不同的监测对象和不同的监测点要“因机制宜”地确定监测周期。（1）定期点检可以每隔30天、15天、10天、7天、3天、1天监测一次。具体天数可根据不同对象确定。例如对汽轮压缩机、燃气轮机等高速旋转机械可确定每天一次；水泵、风机可每周一次。一旦发现测定数据有变化征兆，应迅速缩短监测周期，待振动值恢复正常后仍按原定监测周期进行。新安装机器或大修前后因频繁检测，直至运转正常。（2）随机点检巡回随机点检必须建立在全员维修体制上。平常点检人员每月或每季仅巡回一次，而每一个操作职工，有责任时刻注意设备的振动、噪声和功能变化，每班作记录。如发现异常情况应立即报告维修人员进行跟踪点检，同时，对全厂同类型设备进行一次点检记录，做类比分析。（3）长期监测一些大型关键设备应配备长期监测仪器，在线监测振动的变化。当振动值超过规定值时报警并自动记录异常信号，显示打印出振动数据。振动长期监测与控制在大型发电机组的长期监控中发挥了很大作用。确定测量参数

由上式可知，加速度幅值与频率平方成正比，对于很低频率振动，即使其位移振幅很大，加速度幅值仍可能很小；反之，对于高频振动，虽然位移幅值通常很小，但加速度幅值可能并不小。因此，在振动监测中，为提高信噪比，对低频振动常取位移或速度参量，对高频振动常选用加速度作为监测量。当然，上述原则也不是一成不变的，而要具体问题具体分析。位移：频率在10Hz以下、位移量较大的低频振动，常测量位移变化，一些桥梁、水坝、构件、建筑的变形破坏也选用位移量；另外一些高速旋转机械的振动，旋转精度要求较高，习惯上也多选用位移量。加速度：适用范围一般在１Hz-10kHz甚至更高。对宽频带测量、高频振动、冲击试验通常选用加速度作量标。例如轴承故障多为高频冲击信号，人体对振动加速度比较敏感，因此检测轴承故障和评定人体振动的响应都用加速度。加速度是振动监测和诊断中用的比较多振动参数。一般地，要求监测量在足够宽的频率范围内包括所有主要成分在内的全部信息，包括那些与不平衡、不对中、滚动体损坏、齿轮啮合、叶片共振、轴承元件径向共振等有关的频率成分。这些频率范围远远超过1kHz。典型测试结果表明，在机器内部损坏还没有影响到机器实际工作能力之前，高频分量就已包含了缺损的信息。仅在内部缺损已发展为比较大时，才能从低频信息上反映出来。为了预测机器是否损坏，高频信息是非常重要的。因此，测量加速度值的变化及其频率分析常常成为设备故障监测最重要的手段。选用传感器传感器的作用是把振动量转换成相应的电信号，它有如下基本要求：(1)具有较宽的动态范围，即对非常微弱和非常剧烈的振动都能精确地响应；(2)具有较宽的频率范围；(3)在其频响范围内具有良好的线性度；(4)抗干扰强，对环境变化具有较低的灵敏度；(5)结构坚固，工作可靠，能够长时间保持稳定。（1）位移传感器这种传感器的输出电量与振动位移成正比，主要有：接触型应变式位移计，非接触型电容式和电涡流式传感器。通常测量大型旋转机械轴位移时，需要用两个相隔90度的电涡流位移传感器来测量旋转轴的径向位移。传感器必须牢牢固定在轴承座或