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機床上的核心部件是主軸
閱讀：3265 發布時間：2009-12-11機床上的核心部件是主軸。主軸的工作狀態受一系列與時間有關的影響因素的制約，如溫度、轉數、外部負荷、軸向及徑向振動或者環境條件等。過去做過許多試驗，以采集主軸不穩定的工作狀態。因此，如今幾乎所有快速旋轉的主軸都按標準配置了傳感器，用以測量軸承部位和馬達線圈上的溫度，個別機床還在主軸頭上配置了軸向和徑向移位傳感器，在軸承部位裝配了振動傳感器。此外還有監控刀具夾緊狀態的傳感器以及位置傳感器和內部控制信號。
盡管如此，迄今主軸診斷系統在實踐中經受住考驗的卻。原因并不在于傳感器信息不足，而在于缺少數據壓縮和數據處理的智能算法，在于傳感器對干擾的敏感性太高。所以，診斷系統的zui大挑戰依舊是，對生產設備進行可靠而無錯誤報警的監控，從而使*生產成為可能。
那么，以什么樣的方式才能對主軸的測量數據進行有效地采集、分析處理并將它們相互關聯起來呢？哪些數據是提供主軸狀態的明確信息呢？主軸制造廠家和用戶對高能機床主軸診斷系統的興趣有增無減。
聯邦科研部BMBF的ISPI智能主軸單元項目深入探討了這些問題，研究了高能機床主軸診斷系統的初步思路。為此在兩條試驗主軸上安裝了許多傳感器和執行器，以便用傳感方式采集主軸的臨界工作狀態，并借助執行器加以調節。比如內裝的加速傳感器用于對振動進行測量，DMS測力環則測量預拉力。一體化內置的執行機構包括壓電陶瓷調節元件，利用該元件可以調節軸承的預應力，另裝有一臺微型計量泵，可主動對主軸軸承的微量潤滑進行調節，另外還有各種各樣的控制功能。
ISPI項目取得的部分結果是一個微型化的數據記錄器，數據記錄器也可以附加安裝在機床的控制裝置上。數據記錄器的任務是，把主軸當作一個機電一體化的機器組成部分，給它裝上一種分散的智能（圖2）。這樣，主軸今后不僅能對環境的變化自動做出反應，而且也能進行自我診斷。數據記錄儀裝有一臺微處理器和一個存儲模塊，因而可以作為一個連接機構，該機構經過內裝的傳感器采集主軸的工作狀態。
為了避免出現主軸的臨界工作狀態，比如需要對碰撞、過載荷以及溫度的變化進行監控。為此首先需要對主軸的臨界工作狀態以及非臨界工作狀態全部從測量技術上進行采集，并保存在一個共享的數據庫里。然后可以根據這個基準數據庫，求出基準數據和當前的傳感器數據之間現有的關聯并進行分析處理。例如一旦當前的過程信號超過了數據記錄儀存儲器中保存的極限值，一種簡單的分析處理算法即可經過連接控制裝置的接口啟動報警。根據工作狀態的不同，這要么是機器的一次反應（比如碰撞時緊急停車），要么是向人機接口發出的一次報警信號（如軸承磨損加重時）。
數據記錄儀今后也將對預防性的維護措施提供支持，方法是數據記錄儀的軟件對當前的傳感器數據額外進行分析。每一個采集到的參數都要制作直方圖，并進行趨勢分析，然后保存在數據記錄儀的數據存儲器里。這樣，每個組件的故障概率都可以從時間上做出估計，必要時也可及時實施維護工作。預定的目標還包括與設計系統的連接，因而使維修也可以自動地在生產計劃中得到考慮。使用者可以從數據記錄儀中調出這些信息，并可以圖形的形式在操作界面上顯示出來。打算保護自己、不讓人家提出無理索賠要求的主軸制造廠家，今后可以從過負荷狀態的記錄中得到好處。
對機床組件的監控將提高生產設備的可靠性。機床組件上越來越多地采用傳感系統，結合對所采集數據的智能處理，對機床運營商來說將大有好處。診斷系統的目標是，把機器的運轉設計得更加可靠，具有更高的可操作性，并大大簡化維修工作。成本高昂的停產時間將被縮短，生產成本也將下降。
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