【正文】 塞式轉(zhuǎn)速范圍1000100001001300300050050000圖414 氣動系統(tǒng)電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍測試程序框圖圖415 氣動系統(tǒng)壓力極限值報警程序框圖氣動系統(tǒng)壓力檢測系統(tǒng)前面板如圖416所示，速度檢測系統(tǒng)的前面板如圖417所示。氣壓電機(jī)轉(zhuǎn)速范圍測試程序框圖如圖415所示。氣壓傳動中主要使用容積式馬達(dá)，容積式馬達(dá)包括葉片式、活塞式和齒輪式等結(jié)構(gòu)形式，其中以葉片式和活塞式氣壓電機(jī)最為常用。數(shù)控機(jī)床中應(yīng)用的氣馬達(dá)種類很多。氣動裝置系統(tǒng)故障診斷的基本原理就是采用對比檢測法，即根據(jù)實際氣動裝置系統(tǒng)輸出與參考數(shù)值或與標(biāo)準(zhǔn)值的比較，來判斷氣動裝置系統(tǒng)是否存在故障。氣壓電機(jī)轉(zhuǎn)速過高或過低也會影響機(jī)床正常工作。氣動系統(tǒng)正常工作需要保證氣動裝置具有合適的工作壓力和運動速度。(5)傳動介質(zhì)。它是使壓縮空氣凈化、潤滑、消聲以及用于元件間連接等所需要的一些裝置。包括各種壓力閥、流量閥、方向閥、邏輯元件、射流元件、行程閥、轉(zhuǎn)換器和傳感器等。(3)控制元件。它是以壓縮空氣為工作介質(zhì)產(chǎn)生機(jī)械運動，并將壓縮空體的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置?？諝鈮嚎s機(jī)將原動機(jī)械供給的機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能；而氣源凈化設(shè)備用以降低壓縮空氣的溫度，除去壓縮空氣中的水分、油分以及污染雜質(zhì)等。氣動系統(tǒng)的主要組成包括：(1)氣源發(fā)生裝置。由于以上優(yōu)點，氣動系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中，氣動控制機(jī)床的應(yīng)用有六角車床、廠、深孔鉆床、軸承外圓車床、小型氣動動力頭、分度裝置及真空吸盤、機(jī)械手等，因此數(shù)控機(jī)床中氣動系統(tǒng)檢測也日益重要。(6)空氣具有可壓縮性，使氣動系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)過載自動保護(hù)，也便于貯氣罐貯存能量，以備急需。(4)氣動元件結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，適于標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化。即使有泄漏，也不會像液壓油一樣污染環(huán)境。它具有以下優(yōu)點：(1)空氣隨處可取，取之不盡，節(jié)省了購買、貯存、運輸介質(zhì)的費用和麻煩；用后的空氣直接排入大氣，對環(huán)境無污染，處理方便，不必設(shè)置回收管路，因而也不存在介質(zhì)變質(zhì)、補(bǔ)充和更換的問題。機(jī)床振動測試前面板如圖414所示。該程序有實測和虛擬測試兩種工作方式，虛擬測試即采用仿真信號模擬波形，對程序的運行效果進(jìn)行模擬實驗。(3) 功率譜分析。(2) 位移數(shù)據(jù)顯示。本系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能為：(1)濾波。機(jī)床振動位移允許檻值如表42所示，機(jī)床振動位移檢測程序框圖如圖413所示。機(jī)械振動的測量可通過幅值參數(shù)速度、加速度、位移來測量。通過監(jiān)測和分析機(jī)床的振動信號，就可以判斷出機(jī)床發(fā)生故障的部位和嚴(yán)重程度，從而對設(shè)備進(jìn)行針對性修理。在運行過程中，所有的機(jī)器都會受到疲勞、磨損、變形和地基下沉的影響。液壓系統(tǒng)振動測試前面板如圖412所示。本系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存功能，并實現(xiàn)振動實時速度的顯示。本系統(tǒng)通過對機(jī)床液壓振動信號的采集、通過選濾波器篩選信號，對信號分析進(jìn)行振動烈度評級，根據(jù)ISO2372標(biāo)準(zhǔn)的振動速度檻值，振動品質(zhì)按值的大小分為A、B、C、D 四級，其含義分別為“優(yōu)”、“良”、“容忍”、“不允許”[2]。(4)電動機(jī)由于動平衡不良或軸承損壞等而產(chǎn)生振動。(2)油管管道碰擊。振動往往產(chǎn)生噪聲，為保證機(jī)床加工精度不得不降切削速度和進(jìn)給量等，從而降低了生產(chǎn)率，甚至由于共振使刀具破裂折斷、機(jī)床及部件加速變形、磨損和損壞。當(dāng)振動超過了正常狀態(tài)，則表明系統(tǒng)或元件存在異常。液壓系統(tǒng)流量檢測各參數(shù)檢測程序框圖如圖49所示，液壓系統(tǒng)流量檢測前面板如圖410所示。s1)。如果控制閥在所有工位上流量讀數(shù)均較小，即表明溢流閥出現(xiàn)故障。要具體確定何處有故障，再做如下分段測試：斷開液壓缸或液壓馬達(dá)等執(zhí)行機(jī)構(gòu)，并堵住油管接頭，將控制閥手柄置于流量減小最多的操作工位。隨后逐步關(guān)閉加載閥，使油壓從0升到最大值（）,記錄相應(yīng)的實時流量。將渦輪式流量傳感器按圖48接入測試回路，先測出額定流量與空載流量：將液壓缸處于下端頂死位置，同時將溢流閥回油管用一根橡膠軟管接通至油箱外的油桶內(nèi)，再將溢流閥壓力分別調(diào)至額定壓力和，啟動電動機(jī)使其在額定轉(zhuǎn)速下運轉(zhuǎn)，即可測定額定流量與空載流量。本系統(tǒng)采用渦輪式流量傳感器檢測液壓系統(tǒng)各重要元件的流量，測得傳感器輸出的信號脈沖頻率f ，即可以根據(jù)式(51)計算出流體的流量。泄漏量的大小則直接反映了元件的磨損情況及密封性能的好壞。圖47為液壓系統(tǒng)壓力測試前面板。壓力極限值報警程序框圖如圖44所示。點擊保存波形，數(shù)據(jù)將以圖表或表格的形式保存到指定位置；點擊波形回放按鈕，保存的數(shù)據(jù)就會以圖表的形式再現(xiàn)。此功能包括保存波形和啟動回放。系統(tǒng)壓力信號可以作為監(jiān)測液壓泵的特征信號，而且壓力傳感器具有價格低廉、安裝方便、不會對系統(tǒng)造成不良影響等優(yōu)點。先在設(shè)備正常狀態(tài)下，測出各點正常的壓力值，并以此為基準(zhǔn)，根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作機(jī)理，推測相關(guān)元件磨損以后，有關(guān)點的壓力值將發(fā)生什么變化，由此判斷元件的損壞情況。 壓力檢測系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)壓力是液壓裝置最重要的參數(shù)，它對液壓裝置狀態(tài)的變異十分敏感，在本系統(tǒng)中采用應(yīng)變式壓力傳感器測量有關(guān)部位的壓力來判斷液壓系統(tǒng)的狀態(tài)。液壓系統(tǒng)溫度測試前面板如圖41所示。用溫度傳感器直接測試元件表面溫度，可推斷其內(nèi)部狀態(tài)變化狀況。液壓元件本身發(fā)熱過多，引起表面溫度升高主要有兩種情況：一是節(jié)流發(fā)熱；二是摩擦發(fā)熱。之后的溫度檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的值作對比，由此可以判斷液壓系統(tǒng)的狀態(tài)。 溫度檢測系統(tǒng)的設(shè)計實現(xiàn)本系統(tǒng)中采用熱敏電阻式溫度傳感器測量液壓系統(tǒng)各部分溫度。主要包括蓄能器、過濾器、管件、接頭等。液壓裝置的能量流與物料流量是一致的，且前后相通，故液壓回路中任一處發(fā)生密封問題都會引起系統(tǒng)能量傳遞的偏差。(7)密封件。流量閥主要是各類調(diào)速閥與節(jié)流閥，流量閥的失效主要在于節(jié)流口堵塞、閥心卡死等。(6)流量閥。換向閥損壞后，液壓系統(tǒng)的動作次序會出現(xiàn)錯亂。換向閥是斷續(xù)工作的，其壽命以換向次數(shù)計。方向閥用于控制液壓回路的液流正反流向。壓力閥一旦失效，便會引起壓力失調(diào)（如壓力下跌、無壓力、壓力波動及不可調(diào)等），壓力閥失效的主要原因是閥心卡死及彈簧折斷等。壓力閥主要包括各類溢流閥、減壓閥和順序閥。(4)壓力閥。液壓缸的損壞主要發(fā)生在密封件上。(3)液壓缸。液壓馬達(dá)的損壞主要是工作部分及運動件磨損，使間隙增大，進(jìn)而引起輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速下降、泄漏增大及振動增大。(2)液壓馬達(dá)。液壓泵是液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵元件，液壓泵損壞之后，會對系統(tǒng)壓力與流量帶來一系列影響。機(jī)床液壓系統(tǒng)用液壓泵主要是容積式泵，它將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)橐簤耗埽鞘沽黧w的位置、壓力和速度得到提高的元件。圖39 數(shù)控機(jī)床故障診斷系統(tǒng)總界面第4章 數(shù)控機(jī)床檢測系統(tǒng)程序設(shè)計 數(shù)控機(jī)床液壓系統(tǒng)檢測液壓系統(tǒng)與機(jī)械傳動、電氣傳動相比具有以下優(yōu)點：(1)液壓傳動的各種元件，可根據(jù)需要方便、靈活的布置；(2)重量輕、體積小、運動慣性小、反應(yīng)速度快；(3)操縱控制方便，可實現(xiàn)大范圍的無級調(diào)速；(4)可自動實現(xiàn)過載保護(hù)；(5)一般采用礦物油為工作介質(zhì)，相對運動面可自行潤滑，使用壽命長；(6)很容易實現(xiàn)直線運動；(7)很容易實現(xiàn)機(jī)器的自動化[12]；由于以上優(yōu)點，液壓系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床中，因此液壓系統(tǒng)檢測對機(jī)床故障維修也越來越重要。液壓檢測系統(tǒng)功能圖如圖38所示。若液壓系統(tǒng)的工作參數(shù)值與設(shè)備正常工況值不符, 出現(xiàn)了異常變化, 就說明液壓系統(tǒng)的某個元件或某些元件有了故障。液壓設(shè)備故障診斷中常用的診斷參數(shù)有: 振動、壓力、溫度、流量、油液污染度、容積效率、泄漏量等等。氣動系統(tǒng)檢測壓力檢測速度檢測馬達(dá)選擇運行是否報警有故障正常運行保存波形波形回放是否圖37 氣動檢測系統(tǒng)功能圖(3)液壓檢測系統(tǒng)隨著數(shù)控機(jī)床液壓技術(shù)向高速、高壓和大功率方向的發(fā)展,液壓系統(tǒng)故障越來越被人們重視。如今，氣動系統(tǒng)廣泛應(yīng)用到數(shù)控機(jī)床中，其運行狀態(tài)對機(jī)床的工作性能有很大的影響。保存波形波形回放振動檢測系統(tǒng)功率譜分析位移檢測濾波器類型選擇機(jī)床類型選擇圖36 振動檢測系統(tǒng)功能圖(2)氣動檢測系統(tǒng)氣動裝置由于具有體積小、重量輕、污染小、安裝調(diào)試方便等優(yōu)點,得到了越來越廣泛的應(yīng)用。振動信號分析包括時域分析、頻域分析和倒頻譜分析。本診斷系統(tǒng)中數(shù)控機(jī)床的檢測功能如圖35所示。自動診斷是用相應(yīng)的判據(jù)和測試數(shù)據(jù)分析后的結(jié)果相比較，來判別機(jī)器故障。故障診斷的一般方法是，在對故障機(jī)理詳細(xì)分析的基礎(chǔ)上，通過測定設(shè)備的某些較為單一的特征參數(shù)(如振動、溫度、壓力等)來檢查設(shè)備狀態(tài)，并根據(jù)特征參數(shù)值與門限值之間的關(guān)系來決定設(shè)備是處于正常、異常還是故障狀態(tài)。采樣分析中得到的特征參量如：最大值、平均值、均方根、頻率、幅值、相位等則放到數(shù)據(jù)庫中保存，可以方便地對數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除、插入、查詢及排序等基木操作。對于波形數(shù)據(jù)保存為測量文件， 為擴(kuò)展名。采用這種存儲方式占用的磁盤空間比較大，而且程序?qū)崿F(xiàn)上，要比基于文件的數(shù)據(jù)存儲困難，但是它具有設(shè)置數(shù)據(jù)格式相對容易、組織數(shù)據(jù)查詢比較方便、處理數(shù)據(jù)量大和易于實現(xiàn)數(shù)據(jù)移植等優(yōu)點。該方法可以很好的滿足實時性的要求，根據(jù)日期、時間等數(shù)據(jù)存儲數(shù)據(jù)也比較方便，但是，在用戶自定義的數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)查詢方面應(yīng)用性不強(qiáng)，耗費大量系統(tǒng)時間。在LabVIEW下對數(shù)據(jù)的管理有兩種方式：一種是將數(shù)據(jù)存放在文本文件中，另外就是以數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為核心來對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理[25]。這時可以對大量的經(jīng)過分析后的數(shù)據(jù)的特征參量進(jìn)行二次分析，以用來總結(jié)設(shè)備的工作情況。 數(shù)據(jù)管理模塊信號經(jīng)過分析后，應(yīng)該對分析的結(jié)果進(jìn)行有效的管理。信號采集模塊的主要功能就是可以在界面上選擇數(shù)據(jù)采集參數(shù)和數(shù)據(jù)顯示及保存。采集到整個樣本后，緩存區(qū)被數(shù)據(jù)填滿，然后LabVIEW在程序中對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，存儲及顯示。使用緩存技術(shù)進(jìn)行模擬輸入時，LabVIEW按系統(tǒng)設(shè)定的采樣數(shù)和采樣的信道數(shù)在內(nèi)存中分配一塊緩存數(shù)據(jù)。 主菜單氣動測試系統(tǒng)振動測試系統(tǒng)液壓測試診斷系統(tǒng)故障判別模塊數(shù)據(jù)管理模塊數(shù)據(jù)分析處理模塊數(shù)據(jù)采集模塊故障判別模塊數(shù)據(jù)管理模塊數(shù)據(jù)分析處理模塊數(shù)據(jù)管理模塊數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)分析處理模塊故障判別模塊數(shù)據(jù)采集模塊圖31 系統(tǒng)軟件總體方案 數(shù)據(jù)采集模塊本系統(tǒng)使用緩存（Buffer）技術(shù)采集振動信號時域波形。第3章 數(shù)控機(jī)床檢測系統(tǒng)軟件設(shè)計 數(shù)控機(jī)床檢測系統(tǒng)軟件總體設(shè)計方案本課題軟件設(shè)計方案，包括三部分即數(shù)控機(jī)床振動測試診斷系統(tǒng)、氣動測試診斷系統(tǒng)、液壓測試診斷系統(tǒng)，每部分由數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、故障診斷模塊組成。被測物理量經(jīng)過傳感器后，往往成為電阻、電容、電荷、電壓或電流的變化量。 信號調(diào)理系統(tǒng)信號調(diào)理簡單的說就是將待測信號通過放大、濾波等操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識別的標(biāo)準(zhǔn)信號。由于NI CompactDAQ是模塊化系統(tǒng)，用戶可以在系統(tǒng)中輕松地插入其它模塊來增加測量的類型和通道。NI CompactDAQ除了能測量如DC電壓和溫度這樣的靜態(tài)信號，還能以每通道高達(dá)50kS/s測量動態(tài)信號，這包括聲音、振動、壓力和電壓暫態(tài)信號。圖22 NICompactDAQ便攜式數(shù)據(jù)紀(jì)錄儀許多數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只有固定的功能，因此它們只能連接特定傳