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海天精工機床有限公司 海天精工博客

加工中心盤式刀庫換刀系統(tǒng)的故障預警方法研究-背景

隨著市場經濟地快速發(fā)展和全球經濟一體化程度地不斷加深,市場對于裝備制造 業(yè)產品提出了性能更好、能耗更少、人機界面更高等一系列要求,作為裝備制造業(yè)的“工 作母機”一精工機床,其精度、功能、可靠性水平直接決定了產品的市場競爭力水平[1]。 長期以來,我國一直是精工機床制造大國[2]、消費大國,卻不是制造強國[3]。國內精工 機床市場,尤其中高端市場長期被國外品牌所占領[4][5],其中主要原因就是國產精工機 床產品的可靠性水平差[6][7]。

試驗模態(tài)分析在機床結構分析中的應用

機床動態(tài)特性的試驗研究包括[13][2°][21]:動態(tài)測試、模態(tài)分析、確定薄弱環(huán)節(jié) 以及切削試驗等,根據需要采取相應措施用以實現(xiàn)結構動態(tài)特性優(yōu)化,是理論分 析和動態(tài)試驗密切結合的過程。機床動態(tài)特性中起主要作用的是少數低階模態(tài), 只要能精確地測試和識別出這些模態(tài)的參數,就可較精確地反映機床結構的動態(tài) 特性。試驗模態(tài)分析技術通過對結構進行動態(tài)試驗,識別結構的模態(tài)參數,建立 模態(tài)模型,用圖形顯示結構振動形態(tài),根據結構的實際使用情況,找出薄弱的環(huán) 節(jié),為結構動力修改提供可靠的信息。其分析結果主要依賴于實際的測試數據和 分析手段選擇的合理性。

試驗模態(tài)分析的測試系統(tǒng)

隨著測試儀器、計算機技術、軟件技術的飛速發(fā)展,動態(tài)試驗中,功能強大 的以計算機為主體的試驗分析系統(tǒng)逐步取代了依賴于專用信號分析儀的傳統(tǒng)的試 驗分析系統(tǒng),且功能更強大、靈活。為以計算機為主體結構的模態(tài)特性試驗分析 系統(tǒng)硬件,如圖3.2所示,主要有以下三個分系統(tǒng)組成

加工中心盤式刀庫換刀系統(tǒng)的故障預警方法研究-主要內容

本文通過搭建加工中心盤式刀庫可靠性試驗臺預警系統(tǒng),實現(xiàn)對盤式刀庫的狀態(tài) 監(jiān)測以及狀態(tài)信號的記錄,在此基礎上進行比較分析,選擇適當的狀態(tài)信號建立關系 模型并求取故障預警閾值,最終實現(xiàn)故障預警。

故障預警系統(tǒng)的功能設計

本課題研究的目的在于對盤式刀庫換刀系統(tǒng)進行狀態(tài)監(jiān)測與故障預警,收集狀態(tài)信號,包括正常運行時的狀態(tài)信號與臨界故障時的狀態(tài)信號,在所收集的數據基礎上 進行趨勢分析并進行故障預警,提高盤式刀庫換刀系統(tǒng)的可靠性水平。因此,故障預 警系統(tǒng)應具備以下功能:

試驗臺控制系統(tǒng)設計及狀態(tài)監(jiān)測和故障預警方案設計

本章首先對盤式刀庫換刀系統(tǒng)可靠性試驗臺的結構、性能參數和換刀流程進行了 分析;其次,介紹了試驗臺預警系統(tǒng)所要實現(xiàn)的目標,然后以所要完成的目標為導引, 對所需的硬件設備和軟件做了簡要概述。在此基礎上,對預警系統(tǒng)的總體方案進行了 設計,選擇PLC為下位機、選擇數據采集卡PCI對振動信號和溫度信號進行監(jiān)測。

機床動態(tài)特性研究的方法

理論與試驗相結合的方法把機械結構有限元理論模態(tài)分析的正過程和試驗模 態(tài)分析的逆過程有機地結合起來,并根據實際需要交替反復應用,從而實現(xiàn)了機 械結構的動力修改至動態(tài)優(yōu)化設計的全過程,以求得系統(tǒng)最優(yōu)的數學模型及其最 優(yōu)的動態(tài)特性模態(tài)分析,稱為理論——試驗模態(tài)分析。該方法進一步擴大了前兩 種方法工程應用的范圍并顯著提高其工程應用的效果,己成為目前的發(fā)展方向。

VMC1060型立式加工中心試驗模態(tài)分析-論又研究的內容及目的

本論文以1060型立式加工中心進行研究,該加工中心為立式床身式結構,進給軸為X、Y、Z三座標控制, ******快移速度達20m/min(Z軸:15m/min);主軸為伺服電機動力驅動,功率為 7.5/11Kw,最高轉速達8000rpm;采用臺灣進口上銀雙螺母預壓C3級滾珠絲杠和 重載精密滾動直線導軌,絲杠兩端采用預拉伸機構,大大消除了熱變形對機床精 度的影響,機床定位精度達±0.0〇5mm,重復定位精度達±0.003mm;采用進口臺 灣刀庫,容量16-24把可選,換刀準確可靠,最快換刀時間小于2.5秒;機床數 控操作系統(tǒng)可以客戶自選,機床能夠實現(xiàn)對各種盤類、板類、殼體、凸輪、模具 等復雜零件一次裝夾,完成鉆、銑、鏜、擴、鉸、攻絲等多種工序加工,適合于 多品種、中小批量產品的生產,對復雜、高精度零件的加工更能顯示其優(yōu)越性; 機床如配置第四、五軸,可實現(xiàn)對復雜回轉類零件的高效、高精自動化加工。機 床適合航空航天、軍工國防、汽車摩托車、工程機械、制冷石化、機車車輛等行 業(yè)的中小型零件的高效、高精自動化加工。

模態(tài)分析基本理論

模態(tài)分析理論是一門融振動理論、信號分析、數據處理、數理統(tǒng)計及自動控 制理論于一體的綜合,并結合自身內容的發(fā)展,形成的一套獨特的理論。模態(tài)分 析實質上是一種坐標變換[22][23]t24][25]。其目的在于把原物理坐標系統(tǒng)中描述的相應 向量轉換到“模態(tài)坐標系統(tǒng)”中來描述。在物理坐標系統(tǒng)中,彈性力和阻尼力往 往和兩座標的相對位移與相對速度有關,即對應的矩陣為非對角陣,對于有成千 上萬自由度的系統(tǒng),解非對角陣(或耦合方程)既費時又會產生很大誤差。向量 并不一定正交,而模態(tài)坐標中的正交向量能更好地反映結構特性。模態(tài)試驗就是 通過對結構或部件的試驗數據的處理和分析尋求其“模態(tài)參數”的。主要應用有:

試驗模態(tài)分析基本步驟

這是試驗模態(tài)的關鍵一步,所測量得到的數據的準確性和可靠性直接影響到 模態(tài)試驗的結果。在某一激振力的作用下被測系統(tǒng)一旦被激振起來,就可以通過 測試儀器測量得到激振力或響應的時域信號,通過數學手段將其轉化為頻域信號, 就可以得到系統(tǒng)頻響函數的平均估計,在某些情況下不要求計算頻響函數,只需 要時間歷程就可以了。
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