[发明专利]一种电主轴状态监测与故障诊断系统及其监测诊断方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电主轴状态监测与故障诊断系统及其监测诊断方法，属于数控加工技术领域。

背景技术

电主轴是数控机床主轴点击技术和机械技术的基础上诞生的新技术，是高数加工领域的关键技术之一。有余电主轴直接参与材料切削加工，其载荷负载多变，为加工中心的薄弱环节之一，其状态严重影响着数控机床的性能。据统计，电主轴在目前的电机驱动系统中主轴故障接近44.4%，并且主要集中在电主轴的转子、定子和轴承等部位，而部件故障往往最终导致设备损坏的后果。因此，为了维持加工中心的切削加工性能和电主轴的运行精度，进行电主轴状态监测与故障诊断系统的研发具有重要意义。

加工中心电主轴主要有主轴壳体、冷却模块、定子模块、转子模块、轴承、润滑模块、电源模块、打刀缸模块、检测模块等部分。加工中心能否正常运行关键取决于上述设备是否完好，其运行的健康状态可以由定子和转子的电流电压以及轴承的振动情况等工况参数反应出来。电主轴运行有无异常也可根据主轴转动有无异响和是否偏心直接观察得出结论。

电主轴状态监测与故障诊断系统根据传感器所测电流电压以及振动幅度的大小定性评估电主轴运行状态和故障程度。

目前针对电主轴故障诊断技术，国内外已有很多的研究。从上世纪七十年代开始，英国的科学家H.Opttiz就通过对齿轮箱当中齿轮的振动和噪声情况进行分析，研究主轴的振动与主轴故障之间的关系。在国外，C.Brecher等对多种主轴一轴承系统的改进方法做了概述。BarendJ.van.Wyk等将时序特征提取用于主轴系统的滚轴轴承信号。在国内，也开展了大量主轴系统故障技术研究。张英芝等对主轴进行故障树定量分析。谭深证实了小波分析在主轴系统诊断技术领域的可行性和实用性。王志琼对电主轴系统的故障分析，提高了电主轴的使用可靠性。喻祖铭介绍了企业利用振动法技术检测、分析、诊断不同机床故障的方法和经验，并取得了预期效果。张爱华和杨树莲进行了主轴系统故障特征提取的研究，验证了分析和实际结果的一致性。

虽然加工中心电主轴状态检测与故障诊断监测系统在国内外已有应用，但监控参数偏少，多为机械振动参数，未能对加工中心电主轴整体进行监控，缺少综合故障诊断分析。对轴承的故障分析还主要依据振动信号。

传统的加工中心电主轴状态监测系统一方面存在监测方式单一，无法综合监测的缺点，另一方面，传统的电主轴状态监测系统只能监测，但缺乏自动故障诊断系统，无法及时预警，导致加工效率底下，维修时间长等不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电主轴状态监测与故障诊断系统及其监测诊断方法，解决现有技术中存在的监测方式单一、故障时无法及时报警等问题，通过全面监控加工中心电主轴各主要部件的电压、电流和振动情况，实现电主轴故障时报警，并自动诊断故障位置部件，提升维修效率。同时，利用音频和视频技术，能够实现对电主轴运作状态的远程观察。

本发明采用的技术方案是：一种电主轴状态监测与故障诊断系统，包括电主轴装置、信号调理和采集装置1、参数设置模块2、音频采集装置4和视频监测装置5、下位机6、上位机8、客户端，

所述的信号调理和采集装置1、参数设置模块2、音频采集装置4和视频监测装置5安装在电主轴装置上，信号调理和采集装置1与下位机6连接，下位机6与上位机8连接，上位机8与客户端连接，信号调理和采集装置1用于检测并获取电主轴装置的实时信号，参数设置模块2用于设置电主轴装置的故障信号，下位机6包括状态监测模块8和报警提示模块16，状态监测模块8用于接收信号调理和采集装置1获取的电主轴装置的实时信号，并根据参数设置模块2设置电主轴装置的故障信号判断电主轴运行的健康状态，健康时，下位机6将信号调理和采集装置1获取的电主轴装置的实时信号传递给上位机8，不健康时，报警提示模块16自动报警；上位机8包括专家模块9和故障诊断数据库3，故障诊断数据库3用于存储电主轴装置所有的历史故障信息，确定电主轴装置的运行状态和故障部件，专家模块9用于接收下位机6传送的信号调理和采集装置1获取的电主轴装置的实时信号，并根据故障诊断数据库20存储的数据确定电主轴装置的运行状态和故障部件，音频采集装置4和视频监测装置5均通过下位机6与上位机8连接，上位机8将音频采集装置4和视频监测装置5的检测信号传递给客户端。