基于参数监测的数控机床可靠性维护研究

滕 冠 刘 恒

（柳州职业技术学院，广西 柳州 545006）

基于参数监测的数控机床可靠性维护研究

滕 冠 刘 恒

（柳州职业技术学院，广西 柳州 545006）

为了提高数控机床参数监测的准确性，防止在监测过程中一些误差或者突然的数据异常而导致对数控机床实施错误的维护方案和维护措施，文章设计一种基于分布式的数控机床数据采集方法，对数控机床的参数进行监测，确保采集参数的准确性，为数控机床的可靠运行与故障诊断提供保障。

数控机床；参数；监测

1 前言

数控机床的优势是自动化程度高、加工质量稳定、加工综合效益高。然而数控机床要保持或实现这种特点及优势时，其重要的前提是要确保数控机床能够稳定的工作，因此数控机床的可靠性对数控机床的综合性能和效益有着最直接的影响，也正因为如此，研究数控机床的可靠性对更好的发展和应用数控机床技术，有着十分重要的推动作用。根据数控机床的特点和性能优势可以发现，数控机床通过预先设定的数控加工程序，对数控加工的过程及相关参数进行提前的预设和预置，使得数控加工的过程能够按照预先设定的工作流程及加工参数进行机械加工，这种加工的方式极大的提高了数控机床的工作效率。同时也降低了数控机床在加工过程中人工操作或者人工干预的难度和复杂性，减少了数控机床在机械加工过程中所需要的操作人员数量。目前我国部署的各类数控机床数量庞大、各类繁多，对于这些数控机床的可靠性维护、维修等问题是困扰着当前数控机床加工企业的一项重要问题。为了从深层次的提升这些数控加工企业的核心竞争力，降低这些数控机床加工企业的生产成本，目前最为迫切就是需要解决数控机床加工过程中的可靠性问题。本文以数控机床维护过程中监测参数为研究对象，探讨监测过程中数据误差或数据异常的规律，避免数控机床实施错误的维护方案和维护措施，为数控机床的可靠性提供保障。

2 数控机床监测与维护系统结构

数控机床监测与维护系统是一整套的对数控机床运行状态、运行参数进行监测，并根据监测的结果制定相应的维护方案并执行数控机床加工维护的应用系统。该系统的组成结构如图1所示。

图1　数据机床监测与维护系统组成结构

从图 1中可以看到，该监测系统的前端主要是通过大量的分步式的传感器，对数控机床运行的状态和相关参数进行采集。采集到的数据经过数据处理模块，得到待分析折数据，之后将对所采集到的这些数控机床工作数据和工作参数进行分析。分析的目的是为了识别当前数控机床所处的工作状态，以及目前数控机床在运行过程中是否有一些故障隐患。尤其是根据当前数控机床的运行状态进行分析之后，制定相应的维护策略，而维护策略的生成并不是依靠一些经验数据或者固定的一些规则，而是通过相应的决策模型，按照预先设定的决策条件和决策需求，再结合当前数据分析的情况共同进行数据的分析和决策，得到数控机床维护的决策方案。在数控机床决策方案中，最重要的是对数控机床当前的工作参数和相关配置信息进行调整，因此通过维护方案输出的信息，将会控制数控机床相关的参数进行调整，对数控机床相关参数的调整将会直接影响数控机床正常的运行状况和运行条件。因此在数控机床维护方案得到的具体的维护动作之后，对数控机床的执行过程和运行条件进行了相应的调整，此时需要对数控机床的实际运行情况进行监测，并根据监测的情况反馈给参数控制单元，来控制后续还是否需要对数控机床的运行参数进行调整。同时调整之后的数控机床运行状态、运行参数继续进行监测，再通过决策模型来进行分析和判断当前数控机床的维护方案是否得到执行，维护的效果是否能够对数控机床的工作状态有所提升。

3 数控机床参数监测方法

为了提高对数控机床参数监测的准确性，防止在监测过程中一些误差或者突然的数据异常，而导致对数控机床实施错误的维护方案和维护措施，本文设计了一种分布式的数控机床数据采集方法。该分布式数据采集的实现原理是采用两大类的方法来实现数控机床参数的测量。一类通过对数控机床被采样的参数进行分布式采集，即在被采样的对象上部署多个数据采集传感器，这样能够在监测过程中对某一个采样的参数获取多个采样的样本，之后对这多个采样样本求均值，以提高数据测量的准确性。另一类是在对数控机床的参数测量的时候，采取间接计算的方式进行获得。由于数控机床中很多运行的参数之间是存在相互关系的，对这些参数相互之间的关系进行计算和教验，既能够间接的获取某些参数数值，也能够对数控机床的这种测量参数进行校正，因此对数控机床参数进行分布式采样时，可以根据该参数和其它参数之间的相互关系，建立多种间接计算的方法，对每一种间接计算方法所得到的结果，最终共同来确定该参数的最终数值。在使得间接计算方法获得监测对象的参数值时，每一个间接计算的参数值都采用分布式的方式进行采样。将分布式采样的结果求平均之后，得到每一种参数的最终数值。

根据这种参数的测试采集的方案，本文设计了如图 2所示的数控机床参数分布式采集方法，该方法分别由对参数的直接分布式采样和间接计算两大类方式计算得到。尤其是通过间接计算由于计算的方式和计算的参数之间的关系不一样，可能会得到多种间接计算的方法，因此每一种间接计算的方法都将提供一个参数计算值。最后对直接分布式采样和间接的计算值共同求平均，得到最终的参数监测值。

图2　数据机床参数分布式采集方法

这种分布式参数测量方法，极大的提高的参数测量的精确性。一方面通过直接的分布式测量方式，提高了单一参数测量的准确性；另一方面对参数之间的相互关系，间接计算得到的参数计算结果，更加进一步校正了参数测量的准确性，防止参数在测量过程中，由于测量单元、测量方法或测量技术的异常，而导致参数测量的错误，因此通过这种方式对数控机床的参数进行测量，能够确保所得到的参数是准确有效的。

4 基于数控机床参数监测的可靠性维护

通过对数控机床相关的各种参数进行监测，来判断数控机床当前的工作状态是否良好，并且依据当前数控机床所处的状态来决定是否要对数控机床进行可靠性的维护，以及维护的内容、维护的程度。因此为了实现这一目的，首先需要对数控机床的运行时的相关参数进行监测，通过监测的结果来决定数控机床下一步的维护内容。

图3　数据机床监测参数分析

本文通过对数控机床工作时各种参数进行研究和梳理，将数控机床的参数分为两大类如图 3如示。数控机床运行时的相关参数主要被分为运行参数和环境参数。其中运行参数是指所有和数控机床运行时工作状态相关的各种参数，主要包括主轴温度、液压油温度、切削参数、保护参数等等。而且不同的数控机床其工作时所完成的工作是不一样的，数控机床的结构和所具备的加工能力也是各有差异的，这就导致了不同型号、不同类型的数控机床其运行参数也是各不相同的。另一大类的参数的环境参数，数控机床在运行的时候其周边的环境对数控机床也有影响。尤其是温湿度的一些差异会导致数控机床的工作状态发生一定的改变，这将直接影响到数控机床的工作性能，环境参数主要包括环境温度、环境湿度、电压辅值、电压噪声、电流大小等等相关参数。对环境参数的定义和描述也是随着人们对数控机床的工作状态的研究和分析的不断深入，对环境参数的约定也会逐渐增加，因此本文研究数控机床参数监测的过程中，所列举的这些参数仅仅是作为对数控机床参数监测的基本参数信息。当用户对数控机床工作状态和工作性能研究越深入，对数控机床工作时的相关参数监测也更为细致，因此对数控机床监测的过程需要具备一定的可扩展性，以便今后增加新的参数进行监测。

5 总结

本论文设计的数控机床相关监测参数的获取更多是采取基于经验分析的方法进行。然而在数控机床现实的工作过程中，不同的数控机床其工况条件、运行特点都各有差异，以一种固有的经验参数去描述不同特点的数控机床相关模型，将会直接导致所描述的模型具有比较明显的差异，为了更好的让所建立的数控机床不可靠修复模型和可靠性分配模型能够更好的应用，需要对可靠性模型中的相关参数的选取和优化方案进行研究和设计，重点是构建自动化、自适应的模型参数选取和优化机制，使得本论文所设计的可靠性模型能够适应不同种类、不同类型的数控机床进行分析和应用，提高本论文研究成果的通用性。

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The search of numerical control machine reliability supports based on parameter monitor

For raising number to control the accuracy of engine bed parameter monitor, prevent from in the process of monitoring an abnormality amid some errors or abrupt data but cause logarithm's controlling false maintenance scheme of engine bed implementation and maintenance measure, the article designs a kind of according to rayleing distribution rayleigh type of the number control an engine bed data to collect a method, the logarithm controls the parameter of engine bed to carry on a monitor and ensures to collect the accuracy of parameter, for number control dependable run-time and fault diagnosis of engine bed to provide a guarantee.

Numerical control machine; parameter; monitor

TG659

A

1008-1151(2015)12-0052-02

2015-11-12

广西教育厅课题“高校机电类专业数控实训平台研制”（KY2015LX642）；广西高等教育教学改革工程项目“高职高专数控车床编程与操作分层次教学的研究”（2013JGA397）。

滕冠（1973-），男，广西陆川人，柳州职业技术学院讲师，从事机电一体化方向研究。

刘恒（1975-），男，广西柳州人，柳州职业技术学院副教授，研究生学历，从事机电一体化方向研究。