[发明专利]一种高速电主轴快速可视化诊断方法

说明书

本发明公开了一种高速电主轴快速可视化诊断方法，属于信号处理技术领域，包括：通过阶次谱对齐不同参数的振动数据，之后根据电主轴轴承特性对阶次谱进行分割，并基于各个阶次谱片段提取结构指标作为顶点坐标，最后在极坐标中完成可视化“渐开折线”的绘制，折线的展开程度反映振动信号的能量水平，顶点位置表征振动信号的结构，通过度量两条渐开折线的相似程度可直观判断电主轴是否存在故障。本发明在保证诊断结果可靠的同时以可视图形的形式降低诊断过程的理解难度，极大提高了高速电主轴诊断过程的便捷性。

技术领域

本发明涉及信号处理领域，具体涉及一种高速电主轴快速可视化诊断方法。

背景技术

高速切削技术是21世纪最具前景的先进制造技术之一，为适应更高的主轴切削速度，电主轴应运而生。电主轴将驱动电机的转子延伸作为机床主轴，电机的定子通过冷却套固定在主轴头内孔上。在实际工作中，机床控制系统以不同频率驱动后端电机带动前端主轴以相应转速旋转。电主轴系统中不包含机械传动部件，因而具有结构紧凑、传动效率高、响应快、动态精度高等优点，广泛应用于高精度的数控加工机床。

为适应20000rpm以上的超高转速，电主轴普遍采用陶瓷轴承作为支撑，碰撞、疲劳、润滑不良等原因导致的轴承损坏成为电主轴的主要故障形式。数据显示，电主轴一旦发生故障其维修周期将长达1-3个月，且维修后的电主轴寿命显著下降，生产成本将大幅提升，因此加强电主轴温度、振动等物理量的监测对于掌握电主轴的健康状态和预防故障发生必不可少。其中，振动与电主轴机械结构存在较强的机理联系，基于振动开展电主轴轴承的早期故障和异常状态识别是业内的普遍做法，但读懂振动数据中蕴含的深层信息往往涉及复杂的处理过程和专业的数学知识，如时频谱、小波分解、EMD等，机床维保人员很难直观理解，因此无法高效得出结论；此外，电主轴振动数据因转速不同、采样频率不同、数据长度不同而表现出不同特性，振动数据之间的可比性较差。

阶次谱运算的过程中将以插值的方式对齐不同转速、不同采频、不同数据长度的振动数据，使不同参数的振动数据具备可比性，在此基础上进行振动数据结构可视化将极大降低读懂振动信号的难度，有利于电主轴故障的诊断技术的应用和推广。基于此，本申请提出了一种高速电主轴快速可视化诊断方法，旨在解决用于开展高速电主轴的早期故障诊断和异常状态的振动信号，其处理方法存在理论复杂、结论不直观、数据可比性差等问题。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中用于开展高速电主轴的早期故障诊断和异常状态的振动信号，其处理方法存在理论复杂、结论不直观、数据可比性差等问题，提出一种高速电主轴快速可视化诊断方法，保证诊断结果可靠的同时以可视图形的形式降低诊断过程的理解难度，极大提高了高速电主轴诊断过程的便捷性。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种高速电主轴快速可视化诊断方法，其特征在于，包括如下步骤：

 S1、收集电主轴振动信号，t为离散的时间序列，采样频率为；

S2、对电主轴振动信号进行等角度重采样，计算阶次谱， o为阶次序列；

S3、根据电主轴轴承结构特性，将阶次谱分割为n个片段；

S4、以各阶次谱片段为基础计算“渐开折线”顶点，在极坐标系内绘制顶点；

S5、依次连接原点及各顶点构成“渐开折线”，折线的展开程度反映振动能量水平，顶点位置反映振动信号结构，通过对比两条渐开折线的相似程度判断电主轴是否存在故障。

进一步的，阶次谱的计算方式包括如下步骤：

S21、获取转频作为阶次谱的分析基频，设置谱阶次上限；

S22、设计巴特沃斯低通滤波器对进行滤波，截止频率；