一種數(shù)控加工中心自動換刀裝置的故障診斷方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于故障診斷方法技術領域,具體是涉及一種數(shù)控加工中心自動換刀裝置 的故障診斷方法,該方法基于多分量稀疏分離算法。
【背景技術】
[0002] 目前,我國裝備制造水平大幅提升,主機和重大裝備的集成能力得到顯著增強,但 與此同時重大裝備和主機產(chǎn)品的應用條件日趨超常態(tài)與惡劣,對配套的"三基"產(chǎn)品一機械 基礎零部件、基礎制造工藝和基礎材料均提出了更高的要求。我國"三基"產(chǎn)業(yè)發(fā)展嚴重滯 后于主機并被固化在產(chǎn)業(yè)鏈的中低端,"三基"產(chǎn)品已成為制約我國重大裝備和高端裝備發(fā) 展的瓶頸。2011年11月,工業(yè)和信息化部印發(fā)了《機械基礎件、基礎制造工藝和基礎材料 產(chǎn)業(yè)"十二五"發(fā)展規(guī)劃》,明確指出要通過五年時間形成主機協(xié)同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)局面,滿足重 大裝備和高端裝備對機械基礎件、基礎制造工藝和基礎材料的需求,改善"三基"產(chǎn)業(yè)發(fā)展 嚴重滯后的局面。該規(guī)劃明確將與重大裝備和高端裝備配套的傳動驅動部件制造列為重點 發(fā)展項目。
[0003] 數(shù)控加工中心是目如廣量最尚、應用最廣泛的裝備制造母機,是尚端機械制造業(yè) 的基礎裝備,其自動換刀裝置就成為了"三基"產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。高檔數(shù)控加工中心廣 泛使用弧面凸輪驅動自動換刀裝置實現(xiàn)快速換刀操作,要求平均無故障間隔工作時間達到 5萬小時以上,且要求刀到刀之間的換刀時間小于1秒。數(shù)控加工中心在換刀時自動換刀裝 置與刀具執(zhí)行的動作多、速度快,且對定位的準確性要求高,尤其是在復雜零件的加工過程 中,自動換刀裝置要頻繁更換刀具,不僅要實現(xiàn)對刀庫取刀和還刀,還要實現(xiàn)對主軸換刀和 卸刀。在換刀過程中既有平移運動,還有旋轉運動,使得自動換刀裝置在運行過程中不可避 免地發(fā)生性能衰退,影響換刀質(zhì)量及加工裝備的可靠性,成為加工中心的薄弱環(huán)節(jié)。但是現(xiàn) 今對數(shù)控加工中心的狀態(tài)監(jiān)測卻大多集中于刀具監(jiān)測和主軸監(jiān)測之上,而對于易損壞且對 產(chǎn)品加工質(zhì)量有重要影響的自動換刀裝置卻少有人研宄其狀態(tài)監(jiān)測。實際上,自動換刀裝 置的故障診斷十分重要,不僅可以彌補數(shù)控加工中心自動換刀裝置故障診斷的空白,而且 可以為我國數(shù)控機床行業(yè)的"三基"產(chǎn)業(yè)奠定重要基礎。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術所存在的技術問題,提供了一種數(shù)控加工中心自動換 刀裝置的故障診斷方法。
[0005] 本發(fā)明的上述技術問題主要是通過下述技術方案得以解決的:一種數(shù)控加工中 心自動換刀裝置的故障診斷方法,自動換刀裝置包括設置有從動軸和組合凸輪的箱體,組 合凸輪即弧面凸輪和平面槽凸輪的組合,所述故障診斷方法為:(1)在箱體上用于安裝組 合凸輪的軸孔處設置第一加速度傳感器,在箱體底部用于安裝從動軸的軸孔處設置第二加 速度傳感器,正常運轉的測試條件下使用兩個加速度傳感器對自動換刀裝置抓刀、拔刀、換 刀、插刀及復位五個基本動作中從動軸和組合凸輪的振動進行測量,得到振動響應信號; (2)利用多分量稀疏分離算法處理所采集的振動響應信號,提取振動響應信號中能夠反映 故障特征的沖擊分量;(3)由提取出的沖擊分量結合弧面凸輪和平面槽凸輪的工作循環(huán) 圖,分析并確診自動換刀裝置的故障。
[0006] 其中,步驟⑵具體為:
[0007] 在步驟(1)的測試條件下,結合自動換刀裝置的結構特征,可知振動響應信號由 沖擊分量、諧波分量和噪聲組成,即X = xH+Xp+n ;
[0008] 借助于形態(tài)學成分分析的思想,假設χΗ和X P分別由冗余字典φ H和φ P稀疏表示, 利用多分量稀疏分離算法找出一組稀疏系數(shù)%和W P使其滿足;
[0009] 而基于凸優(yōu)化理論,系數(shù)%和W P可利用I i-范最小化問題求解,表示如下:
[0010]
【主權項】
1. 一種數(shù)控加工中心自動換刀裝置的故障診斷方法,自動換刀裝置包括設置有從動軸 和組合凸輪的箱體,組合凸輪即弧面凸輪和平面槽凸輪的組合,其特征在于所述故障診斷 方法為:(1)在箱體上用于安裝組合凸輪的軸孔處設置第一加速度傳感器,在箱體底部用 于安裝從動軸的軸孔處設置第二加速度傳感器,正常運轉的測試條件下使用兩個加速度傳 感器對自動換刀裝置抓刀、拔刀、換刀、插刀及復位五個基本動作中從動軸和組合凸輪的振 動進行測量,得到振動響應信號;(2)利用多分量稀疏分離算法處理所采集的振動響應信 號,提取振動響應信號中能夠反映故障特征的沖擊分量;(3)由提取出的沖擊分量結合弧 面凸輪和平面槽凸輪的工作循環(huán)圖,分析并確診自動換刀裝置的故障。
2. 根據(jù)權利要求1所述一種數(shù)控加工中心自動換刀裝置的故障診斷方法,其特征在于 所述步驟(2)具體為: 在步驟(1)的測試條件下,結合自動換刀裝置的結構特征,可知振動響應信號由沖擊 分量、諧波分量和噪聲組成,即X = xH+xP+n ; 借助于形態(tài)學成分分析的思想,假設χΗ和Xp分別由冗余字典Φ H和Φ P稀疏表示,利用 多分量稀疏分離算法找出一組稀疏系數(shù)%和w p使其滿足
而基于凸優(yōu)化理論,系數(shù)%和w p可利用I i-范最小化問題求解,表示如下: 式⑴
為實現(xiàn)對式(1)的優(yōu)化求解,利用拉格朗日乘數(shù)法,給定一個合適的拉格朗日算子,將 式(1)所示的約束優(yōu)化問題轉換為式(2)所示的無約束優(yōu)化問題,即
對于式(2),采用調(diào)Q小波來稀疏的表示諧波分量,采用多小波來稀疏的表示沖擊分 量,采用分裂增廣拉格朗日收縮算法求解, 設向量函數(shù)
滿足下述兩尺度關系,BP
式中: r--多小波函數(shù)的重數(shù), L2(R)1一一r重平方可積實數(shù)空間, {Hk},k = 0, 1,"·,Μ-一rXr的兩尺度矩陣序列,稱為r重尺度函數(shù)。
【專利摘要】一種數(shù)控加工中心自動換刀裝置的故障診斷方法,在箱體上用于安裝組合凸輪的軸孔處設置第一加速度傳感器,在箱體底部用于安裝從動軸的軸孔處設置第二加速度傳感器,正常運轉的測試條件下使用兩個加速度傳感器對自動換刀裝置抓刀、拔刀、換刀、插刀及復位五個基本動作中從動軸和組合凸輪的振動進行測量,得到振動響應信號;利用多分量稀疏分離算法處理所采集的振動響應信號,提取振動響應信號中能夠反映故障特征的沖擊分量;由提取出的沖擊分量結合弧面凸輪和平面槽凸輪的工作循環(huán)圖,分析并確診自動換刀裝置的故障,可以對數(shù)控加工中心自動換刀裝置的維護、安排調(diào)整檢修計劃給出指導性建議,減少非計劃停機時間,提高生產(chǎn)線經(jīng)濟效益與社會效益。
【IPC分類】B23Q3-155, G06F19-00, B23Q17-12
【公開號】CN104669060
【申請?zhí)枴緾N201510031224
【發(fā)明人】徐本其, 陳雪峰, 辛偉
【申請人】南大(浙江)環(huán)??萍加邢薰?br>【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年1月22日