数控机床状态诊断新技术

机床设备作为装备制造业的基础设备，在国民经济中起着极其重要的作用，其状态的优劣直接影响这产品的质量，进而影响着生产的正常进行。
    目前，国内对机床整机性能评估，特别是针对数控机床整机性能的研究很少。相关的研究主要集中在机床伺服进给系统性能评估方面的研究，很多工作还是采用圆运动方法实现机床运动精度的检测与诊断。主要研究的方向集中于机床精度方面，而对于机床整机性能评估则尚未有比较实用的方法出现。
    采用上述方法固然可获取机床进给轴的状态信息，实现机床静态性能的评估，但不能对机床的运动进行在线测量和连续监测，难以实现快速的机床整机性能在线评估，另一方面外加传感器的安装、机床状态信息数据的传输等问题也制约了其应用，从而为数控机床的在线监测、故障诊断和工作性能的评估带来了困难，难以实现数控机床的全寿命周期管理与机床状态的动态服务跟踪。
    在实践生产过程中，常常出现机床静态精度检查正常，也未出现任何故障，数控系统也无任何报警信息，但出现产品加工质量异常。例如钢管车丝机车丝时锥度超标、轧辊磨床磨削轧辊时表面出现振纹，导致机床不得不停机检修，而且在这种情况下往往很难找到机床出现问题的真正原因，经过反复调整后，即使问题得到解决，检修人员对于故障发生的原因还是一无所知。
1  基于数控系统的数控机床动态信息获取技术
    以机床自身数控系统为依托，通过数控系统的机床动态信息通讯接口，获取数控机床的状态信息。通过构建状态控制与信息获取系统以全面获取机床状态信息，可以准确地获得某一个传动链（主轴或伺服进给轴）的电流、扭矩、速度、位置、功率等参数的波形，以此为基础，通过对信号曲线变化的频率进行分析，可得出该传动链的运行状态。此外，也可以同时获取两根进给轴在联动运动时的状态信息，例如位置信息，可以很方便地合成刀具的实际运动轨迹。
西门子SINUMERIK 840D数控系统的机床状态参数获取
    SINUMERIK 840D数控系统主要由数控及驱动单元（NCU）、人机通信单元（MMC和OP）、可编程逻辑控制器（PLC）三大模块组成。由图1可看出，SINUMERIK 840D数控系统向用户OEM程序提供了接口以供其进行数据采集以及指令控制。HMI或者用户OEM程序与NCK/PLC之间的数据交换就是通过MPI接口、Windows动态数据交换机制（DDE）等实现的.数控机床状态诊断新技术
图 1  840D数控系统各模块之间数据交互方式
    通过SINUMERIK 840D数控系统的变量服务，OEM程序可以获取NCK/PLC中的变量，进而就可以得到机床电机的电流强度、负载大小、进给轴的位置、进给速度、电机输出功率、输出扭矩等机床性能状态参数。