数控机床故障诊断及预警技术的现实意义

随着我国制造业的发展，数控机床越来越广泛的应用，如何提高数控机床运行的性是至关重要的，采用数控机床故障诊断及预警技术及时发现机床状态退化趋势，而施以的维护措施，此外，为满足高速、高精、复合加工等加工需求，现代数控机床的机械结构越来越复杂，同时对数控机床的自动化水平要求不断提高。因此一旦发生故障引起生产停机，会造成巨大的经济损失，甚至造成伤害，仅靠企业现有的维护方式，其能力远远不够，因此，实现数控机床故障诊断及预警技术具有重要的现实意义。
　　数控机床以及机床铸件的性能和性是至关重要的，它决定了数控机床的使用寿命及工作效率，当前对于数控机床的维修大多采用事后维修和计划性维修的方式进行维护，该方式对于预防灾难性的故障是无能为力的，并且常常造成不的停机，甚至会引起维修损坏。采用视情维修是提高数控机床性的必然趋势，不同于前两种维修方式，该方式结合机床当前状态与历史状态信息，通过预测的形式确定维修策略。该方式是一种主动预防的维修策略，在故障发生之前，根据预测的结果来采取相应的维修及预防措施，比前两种维修方式及时、准确的进行数控机床的维护。
　　数控机床健康监测与评测用于评测数控机床是否满足相关的精度指标要求。同时，可以通过数控机床健康监测获得机床的误差数据，为实现数据机床的的制造加工性能提供依据。设备的健康，如数控机床的健康，指的是基本体正常、运行正常、生产产品正常、生产效率正常、生命正常等；在正常和生产加工中，误差低、无不合格产品、设备无故障、无损坏、无低效率、无衰老现象。
　　随着风电设备、航空航天、数控机床等机械设备向高速、高精、方向的发展，机械装备的运行越来越引起人们的高度关注，该问题通过实现设备的故障诊断及预警技术来解决。由于需要诊断的设备为复杂的机械系统，设备安装的检测点较多、采样频率高，并且装备从开始服役到寿命终止的整个生命周期内，数据采集的时间长，获得了海量的机械大数据，传统的处理方法己不能奏效，只能采用大数据技术进行解决。
　　数控机床自身的精度为数控机床健康状况评测的主要之一。因此，如何实现数控机床的误差测量、综合误差建模、误差解祸合、误差补偿是实现数控机床加工的关键技术。通过误差补偿提高数控机床的精度是一种经济可行的措施之一。
　　数控机床的几何误差包含的范围很广，包括各种形状误差与位置误差。例如机床丝杠螺距误差，反向误差、垂直度误差、挠度误差等。对于数控锁铣机床，由于大型机床铸件如方滑枕或悬臂轴(梁)的重量和装在其上的锁杆等的自身重量，使相关轴的位置相对于移动部件产生倾斜，造成挠度误差，使加工工件产生轮廓误差及孔位精度误差等。
　　，五轴联动数控机床越来越广泛的应用。对于大型高的数控机床铸件需求量也在逐渐增加。五轴数控机床在复杂曲面加工，工艺复合加工等方面具有的优势，一方面五轴数控机床可以切削刀具以佳的姿态对工件进行加工，减小欠切、过切等切削缺陷并大的材料去除率，提高切削效率，满足复杂曲面的高速加工；另一方面，采用五轴数控机床实现工艺复合加工，满足一次装夹完成多道工序的加工，减小人为因素所造成的装夹误差，提高工件加工型面间的相对位置精度，并减小了机械加工用于工件重新装夹的辅助时间，有利于提高数控机床加工精度及加工效率。随着我国航空航天、船舶、电力等等行业的发展，势必对五轴联动数控机床的需求愈加紧迫，如何发挥五轴联动数控机床的以上技术优势是摆在我们面前的当务之急。
　　对于多轴联动加工，由于刀具随机床旋转轴的旋转运动，这样就造成原来应用于二维轮廓加工的三坐标联动数控系统不能满足综合误差补偿功能的要求，因此空间综合误差补偿是制约五轴联动数控机床广泛应用的瓶颈问题之一。
　　，我国在五轴联动数控机床方面主要依赖，的几个主要数控机床生产商的机床产品在空间综合误差补偿方面功能比较完善。但由于数控厂家对我国设置的技术壁垒，我们无法获取其实现的技术细节。国内有关空间综合误差补偿研究并不多，并且都是通过UG等的后置处理软件生成五轴数控机床的加工程序，但是这种方法对复杂曲面的加工程序的可移植性等方面带来很多不便，并且造成曲面加工效率及加工精度降低等问题。该实现五轴加工的方案主要有如下不足：
　　1)无法实现曲面的重构。通过UG等的后置处理软件生成五轴数控机床的加工程序，该方式所生成的加工程序是对机床坐标系中各轴的坐标值进行编程不包含加工曲面的法矢量信息，而该法矢量信息是确定空间综合误差补偿补偿方向的基本条件，因此，当刀具半径的改变，为了曲面的加工精度，需要对曲面重新进行路径规划，因此需要通过刀位文件研究对曲面的重构问题，从而可以求解出曲面任意点的法矢量，进而确定刀具的补偿方向向量。
　　2)不能进行在线空间误差补偿运算。由于当前的五轴加工方案是由后置处理程序以离线的方式生成加工程序，这种情况下，如果刀具更换或刀具磨损时需要由后置处理程序重成工件的加工程序，造成数控机床加工效率的降低。而如果可以实现在线空间误差补偿运算，就可以不用重成工件加工程序，利用原有的加工代码直接进行加工，有助于数控机床加工效率的提高并降低加工成在数控机床精度检测方面，许多专家学者在数控机床精度测试方面做了大量的工作。按照测试的基本原理和方法，数控机床精度测试技术，可分为机床单项误差直接测量法及通过数学模型求解的综合误差辨识法。单项误差直接测量法测量效率低、成本高，通过数学模型求解的综合误差辨识法是实现数控机床速测量的研究趋势，但国内在这方面与比还有较大的差距，并且实际应用上也存在很多不足。在检测机床的动态性能方面，采用球杆仪检测具有突出的优势，经过一次测量，可以综合反映数控机床的多个误差项，而且，采用球杆仪测试具有操作简便的特点，己成为一种广泛应用的检测工具。利用球杆仪进行数控机床精度检测己了专家学者的普遍关注，但大多是实现几何误差的测量，对于静摩擦力所引起的过象限误差的测量等较少考虑，为此，深入对球杆仪测量理论进行研究，将其应用到过象限、反向等误差项的检测具有重要的意义。