基于虚拟仪器的机床主轴部件故障监测与诊断系统研究

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主轴部件是数控机床重要的机械部件,同时也是机床易损坏的部件之一,其工作性能的好坏直接影响到机床加工工件精度与表面粗糙度。数控机床的多数故障与主轴部件有关,主轴部件的缺陷通常使机床产生异常的振动和噪声,造成机床损坏,甚至发生灾难性事故。因此,开展对数控机床主轴部件的故障诊断研究具有重要的理论意义和工程应用价值。   主轴部件的故障振动信号,包括反应主轴部件本身工作状态信息,以及主轴箱体其它运动部件和结构的状态信息,如果仅从传统的时域或频域对主轴部件的振动信号进行分析,则很难发现故障前后的变化。目前对主轴部件振动信号识别主要采用模拟监测系统,存在操作界面不友好,功能单一,通用性差等缺点。本文针对以上不足,采用基于虚拟仪器的小波包络解调分析方法对主轴--轴承系统的运行状态进行监测。试验表明,虚拟仪器技术利用计算机系统的强大功能,结合相应的硬件,突破传统仪器在数据处理、显示、传送等方面的限制;基于LabVIEW和Matlab的小波包络解调分析方法,能快速有效地提取主轴部件故障特征信号。   本研究主要包括以下几方面的内容:   1.通过试验和主轴部件动力学理论分析方法,研究并总结了主轴部件故障产生的机理,建立了不同故障状态下的理论模型。   2.针对传统包络解调方法需要人为选定共振频带的缺陷,采用基于高斯函数的小波包络解调分析来监测、诊断主轴部件故障的发生和发展过程。   3.在考虑主轴部件故障类型和特性的基础上,合理选用加速度传感器、电涡流传感器、数据采集卡,采用时域分析、频域分析以及小波包络解调分析诊断方法,在虚拟仪器图形化编程语言平台上,成功组建了一套主轴部件故障监测与故障诊断系统。   通过上述研究得到以下结论:   1.试验表明,与传统信号的时域、频域分析方法相比,小波包络解调分析方法能够快速有效地提取主轴部件故障特征信号,为主轴部件故障的快速识别提供了新途径。   2.在LabVIEW软件平台上开发基于虚拟仪器的主轴部件故障诊断监测系统,代表了未来机床故障诊断分析仪器技术的发展方向。
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