[发明专利]数控机床动态特性测试分析系统

说明书

技术领域

本发明涉及数控机床性能测试领域，特别是一种数控机床的动态特性测试分析系统。

背景技术

由于影响机床机械性能的因素较多且机床加工过程的复杂性，从而导致所监测的信号多而复杂，但因机床动态性能及机床各个零部件的状态是一个缓变过程，采用一个简便的测试系统对机床动态性能及状态进行不定期的检测，并对所测信号进行分析，从而对机床性能及状态做出评估和识别及预测，以便及时地对机床做出适当的调整，以提高机床的加工质量和生产效率。

设备状态监测及故障诊断系统在现代工厂中应用具有重大意义，随着计算机技术的发展，设备状态监测系统在近二十年年来得到日益广泛的开发和应用，世界各国竞相开展研究工作，不断推出新产品。近二十年来，东南大学、西安交通大学、华中科技大学、西北工业大学和郑州大学等高校和科研院所先后推出了设备在线状态监测系统、便携式监测分析系统等应用于钢铁、冶金等大型企业工业现场当中。

高速高精机床在长时间运行以后，产生的力学特性的退化，使其机械性能发生变化，从而对机床的加工质量和效率产生影响。本发明可以对高速高精机床的动态特性及机械状态进行监测诊断及预测，可以确保零件的加工精度及效率，防止机械性能的劣化。

发明内容

本发明的目的在于开发一套以采集装置和工业计算机为载体的便携式数控机床动态特性测试分析系统。

一种数控装备动态特性测试分析系统，包括传感器子系统、二次仪表子系统、数据采集子系统和数据存储分析系统；

其中，所述传感器子系统用于获取准待测数控装备的振动信号与温度信号；

所述二次仪表子系统对采集到的信号进行调理，包括对信号进行滤波和放大；

所述数据采集子系统采集上述经调理后的模拟信号，并将其转化为数字信号后输出给数据存储分析系统；

所述数据存储分析系统用于对输入的数字信号进行存储及分析，完成状态识别并进行相应的诊断。

所述的数据存储分析系统包括信号采集模块、数据管理模块、信号分析模块和图形显示模块，

其中，所述信号采集模块接收上述数据采集子系统输出的数字信号，并通过设置采样通道、采样率、增益、触发方式、采样点数和数据采集模式实施采集；

所述数据管理模块采用数据库的方式存储数据，生成所需的文件，并根据检测点选择相应采集通道采集的数据文件实现读取操作；

所述信号分析模块包括信号预处理，时域分析，幅值谱分析，频域分析，时频分析和模态分析，通过对数控装备采集到的信号进行上述处理，即可实现状态识别并进行相应的诊断；

所述图形显示模块以图形化的方式显示上述信号采集、数据管理和信号分析得到的状态识别和诊断结果。

所述的传感器子系统包括：测量支撑丝杠的轴承及工作台振动的加速度传感器和测量进给系统在不同工况下的温度的温度传感器。

所述数据存储分析系统运行于上位机中。

本数控机床动态测试系统能完成对多种类型的信号的测试，包括缓变信号和快变信号。通过数据采集装置完成数据采集，由USB通信传输数据至上位机，完成采集数据存储，通过运行于上位机中的测试分析软件系统进行信号分析处理。它系统集成了测试信号采集、图形显示、数据储存、数据分析、状态识别、性能预测等功能，可以测试信号内容包括振动、热变化特性等，分析方法包括常用的时域分析、频域分析、时频分析，以及热动态特性分析，同时融合ART-CPN双重方法进行预测分析等。可用于对数控机床动态特性测试分析。

附图说明

图1为本测试分析系统的系统框图；

图2为数据存储分析系统图；

图3为数据采集流程图；

图4为信号时域分析流程图；

图5是信号频域分析流程图；

图6是信号时频分析流程图；

图7是本测试分析系统的实物示意图。

具体实施例

以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。

图1是本测试分析系统的系统框图，它采用多级子系统形式的分布式结构，其主要由准高速进给系统实验台(即数控机床)、传感器子系统、二次仪表子系统(信号调理模块)、数据采集子系统和数据存储分析系统组成。

1)传感器子系统

传感器子系统采集准高速进给系统实验台的振动信号与温度信号，是机床状态监测系统的主要信息来源，它属于一次仪表，关系到整个监测、分析和决策结果的可靠性和准确性。针对数控装备运行的特点，系统所需的传感器主要包括：测量支撑丝杠的轴承及工作台振动的加速度传感器、测量进给系统在不同工况下的温度传感器等。传感器子系统得到的信号送给二次仪表子系统。