【項目背景】

　　數控機床是制造業(yè)的“工作母機”，其技術水平是一個國家工業(yè)水平與綜合國力的象征。近年來，國產數控機床技術水平日益提升，機床市場國產化率逐年升高。但由于國產機床及其關鍵部件的可靠性與綜合性能水平與發(fā)達國家仍具有較大差距，絕大多數高檔數控機床仍然依賴進口。為此《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》將“高檔數控機床與基礎制造裝備”列為十六個國家科技重大專項之一，并且將數控機床及其功能部件的可靠性列為重大專項的重要研究內容。
　　數控機床加工精度與生產效率主要取決于主軸、換刀裝置、絲杠導軌等關鍵功能部件的性能水平，其中主軸是結構最復雜、故障概率最高的核心部件。一旦主軸發(fā)生故障，將會直接影響加工質量，甚至導致整個機床停機停產。因此，針對數控機床主軸的狀態(tài)監(jiān)測與健康評估系統(tǒng)對實時掌握主軸的健康狀態(tài)、合理設計電主軸維護維修策略具有重要的工程意義。

【客戶需求】

　　構建一套“數控機床主軸狀態(tài)監(jiān)測與健康評估系統(tǒng)”，滿足以下技術指標
　　?多源數據接入（多類型傳感器、多種工業(yè)總線接口等）
　　?多速率智能采集與數據預處理
　　?7/24狀態(tài)監(jiān)測與異常識別
　　?數據驅動模型與健康評估方法

【技術挑戰(zhàn)】

　　?加裝測點覆蓋狀態(tài)感知盲區(qū)
　　?適應苛刻工業(yè)現場環(huán)境（振動、噪音、電磁干擾）；
　　?高維度采樣數據的壓縮與可視化數據管理
　　?健康評估模型建立與分析

【解決方案】

　　數控機床電主軸的機械部分尤其是運動構件的故障，會引發(fā)系統(tǒng)的振動，因此對于機械故障的檢測，常用的方法是采集振動信號。同時振動也是電主軸在運行過程中的動態(tài)現象的綜合反映，能夠在一定程度上評價電主軸的動態(tài)性能。主軸的電氣性能變化或者負載變化會對輸入電流產生一定影響，因此對于主軸電氣部分故障的檢測常用的方式是采集電機電流信號。主軸輸出端的回轉軌跡直接決定了加工零件的精度，因此在主軸輸出端安裝了位移傳感器用于捕捉軸心運動軌跡。結合以上信息，電主軸監(jiān)測的檢測點布置如下。

主軸內部結構圖測點布置圖

　　根據測試參數需求，分別選擇振動傳感器、電流傳感器、位移傳感器和溫度傳感器對主軸運行過程中的狀態(tài)參數進行感知，振動、電流、位移、溫度等傳感器信號分別選用內嵌調理功能的NI采集板卡進行數據采集。

　　基于NI實時與FPGA硬件平臺，配合LabVIEW軟件設計，可以實現數據采集、特征提取、健康狀態(tài)評估、數據融合、數據管理、數據可視化等功能。

系統(tǒng)軟件展示

　　【系統(tǒng)優(yōu)勢】

　　●系統(tǒng)平臺體積小，重量輕，方便現場安裝布置
　　●系統(tǒng)采集精度高，可融合多種物理信號的測量，兼容性強
　　●系統(tǒng)基于NI實時硬件與LabVIEW圖形化軟件，
　　  可實現系統(tǒng)快速原型與驗證
　　●狀態(tài)監(jiān)測、健康評估、數據管理算法定制與植入

（轉載）