数控机床智能化故障诊断系统软件设计

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1、数控机床智能化故障诊断系统软件设计人部分里础产业•包括机械、航空航天、汽乍、■电、电r尊产业的发展与数控机床的发展win关⑴.数控机床的故障主要发生在数控系统、机械部件以及电气系统中.其中机械系统的故障率高达57鱼•主嘤发生祁位为主轴箱、丝杠副、9轨制、润滑液爪系统以及气动系统自・数控机床发生故障将影响加I.的轿度・会造成丨1大的经济损失•因此・必须开展对爲档数控机床机械部件故障f1动诊断的硏究，将机械部件故冲造成的损失减少到彊小W・数控机床种能故障诊晰的实质是对机械洲件运行状态辺行实时监测•通过分析机械部件运行状态的相先信息和数据，提取对机械故障徽感的一系列转征值.采用时间序列法、

2、神经网络、支持向$机、模糊理论、智能专家系统等方法.拟仟特征伯1j部件故障z间的a杂映射关系•建立符合部件实际性能的故障诊断数学模型•甚丁•故障诊断模型对不同匸况下部件的动态寿命进行预测：4】・我国数控机床应用企业主雯还是靠机床本身自带的诊断系统利人「•肉眼tr、听声音等方法进行检査•许多故障难以解决*这个陳色:■.?'<<::--',r•床智能化故障诊断1j预示理论、提高我国数控机床应用水平、降低制造成本、捉岛产品贞童及国际竞争力h若重要的工程应用价值・如何利用传妙器等谀件设备捉取出数控机床各个系统部件所包含的包括数据信息、语；i信息以及符M信息在内的各种信息和知识•发展HI应的故

3、障诊断理论和方法.足对数控机床这种艮杂系统进行有效故M诊断的关键•也是数控机床故肾诊断技术的发展趋势w・该故障诊断系统主婴用T对数控机床件能退化的预测•即用丁实现数控机床关犍部件:丝杠、导轨、主轴轴承、齿轮箱的寿命预测・1绘杠副寿命预测实例对实际的数控机床来讲•只有丝杠转速和负我力是变械•也是影响丝杠看命的关键冈素.丝杠的额定寿命£(以转速计)如式所示⑺:L=((')3xI06(1)人•几式中G为基本额定动负荷・N：几为轴向负荷・N:人为负荷系数・式⑴考虑了实际轴向负荷及轴承支掠刚度的彫响，折炸成寿命时间也八以小时计)计胖公式为60xjV"2x60xnx/式中：八为丝杠实际转速为I•

4、作台毎分钟的往返系数•次/min)：/为滚珠丝杠的导程・mm:/.为行程长度・mm・式12)将轻•杠的实际运动时间考电在内•转速的变化将影响奇命的变化・由于振动信号对大多数机械故障都很敬感.故障会引起振动倍号特征的改变•可以利用从振动倍号中所提取的特征参数进行跟踪•进而进行性能预测・研寬还发现•杵能山化引起的汕度变化也坠现-定的规律•能够间接判断零件的健康状态•因此•本文建立的绞杠性能退化在线预测系统以安装振动传感器为主・便用温度传感器为辅的方法來监测丝杠性能随不同加「•条件变化的规律.具体的系统结构见图1・梅岁雄1转勰3ffll绘杠刚结构2基｝-贝叶斯动态模型的性能预测21贝叶斯动

5、态模型本文所便用的贝叶斯动态模型理论•主竖是针对丝杠寿命的预测•能很好地满足性傩退化的长期性特点•假定观测ffl与状态参数都为正态随机变施・則贝叶斯动态模型可以表示为：仃)观测方程同:yt=F^o,+Fr(I；-jV[oa；])(3)其中<是”xI常向妳0｛为”x丨状态向址，人为观测方程(一维｝叫为观测噪声，匕为方差(常fit)(2)状态方程:耳二G0」+叫(wr-jV[O.U；])(4)其屮G圧/!x刀的常就矩阵・s是〃xI动态噪声.叭是刀x刀阶方差阵・(3)初始先验佶息：I仇)~N[m0.C0](5)对「•每一时刻/(/=1.2.3.-.T)，模型对应一个四元素Sift｛F.(；

6、.V.Vt=(F,.(；,>V,.W.)・其中•化为已知的nxr阶动态冋归矩阵为(2知的〃xn阶状态转移矩阵心和W,分别为互相独立的n阶和«xn阶观测谋垦以及状态谋差变址•由式｛3)~｛5)可导出观测值八与状态参数2的关系：<0.I/.J~丿对任意时刻的信息引入•贝叶斷动态模熨都霞辿行更新•其堪本递推过程可以用图2給构托图表示.图2連推口法惟图2.2性能追化模型的建立及裔命预测丝杠的性能退化过程长期而又复杂・可以通过性能追化轨迹栗衷现，婴您建立幼态呗叶斯模熨來预测结构性能的ill化•必須定义介适的性能指标•确定模8的先验信息，八对检脸信息进行适肖处理以适应模型的嘤求・翌想实现丝杠

7、的剩余苗命的预测・需婴采集郴应的性能退化数据.其选取原则为便「•测賦且变化趋势明显・对T实验的丝杠・每天以正常的L况条件运转.毎乍个月进行…次数据采集•设第i次测量的追化■为叫•作为网络的11标输出，琳I应的传感器测得数据为g通过小波捉n变换后得到时域和频域的待征值•根据对丝杠〃命的影响因素进行分析•决定选均H根值、标准差、咄度因尹和裕度系数作为网络的输ss^.02.44.87.29.612图4俺测结果与实际侑出的对比654OO.U1SG74€¥入.这样就