專利名稱：機床運動部件故障檢測裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種檢測機床運動部件故障的裝置，尤其涉及具有在線檢測機床運動部件故障的裝置。
機床運動部件的故障常影響被加工工件表面質量，如在不打開機床主軸箱的情況下，如何找出其各迥轉部件的故障源等，是長期來人們共同關心的問題。近年來，人們一般采用聲學傳感器、光學傳感器、電磁感應傳感器、加速度傳感器等將機床加工中各種信號采集后進行處理分析，從而找出其故障源。這些方法雖然在信號的處理和分析上取得一定的成績，但由於所采集的信號置信度差，而且頻響范圍窄、傳感器安裝工藝要求高等，因此其結果大多不能令人滿意。
本發明的目的是提供一種機床運動部件故障檢測裝置，它具有所采集的信號置信度高、頻響范圍寬、傳感器結構簡單、安裝工藝低，而且具有在線檢測功能，可正確、迅速找出被測機床運動部件影響被加工工件表面質量的故障源。
根據上述目的，本發明提供的機床運動部件故障檢測裝置由熱電勢信號傳感器、同步信號傳感器、輔助電極、信號予處理器、數字計算機和顯示器、記錄儀組成，熱電勢信號傳感器、同步信號傳感器、輔助電極分別接信號予處理器，信號予處理器接數字計算機，數字計算機分別接顯示器、記錄儀，熱電勢信號傳感器由合金刀具和被切金屬工件構成，合金刀具和被切金屬工件分別固定在機床上，被切金屬工件與機床之間相導通，合金刀具與機床之間相絕緣，合金刀具作信號輸出端，機床作接地端，信號予處理器由兩只衰減器、抗干擾放大器、低通濾波器、放大器、限幅指示器、模數轉換器、脈沖發生器構成，兩只衰減器的輸入端分別接合金刀具和輔助電極，其輸出端接抗干擾放大器的輸入端，抗干擾放大器的輸出端接低通濾波器的輸入端，低通濾波器的輸出端接放大器的輸入端，放大器的輸出端分別接限幅指示器和模數轉換器的輸入端，模數轉換器的輸出端接數字計算機的輸入端，同步信號傳感器的輸出端接脈沖發生器的輸入端，脈沖發生器的輸出端接數字計算機的輸入端。本裝置在檢測時，被測機床作切削加工，合金刀具和被切金屬工件之間即形成一對自然熱電偶，其熱電勢的大小由機床、被切金屬工件、合金刀具、信號予處理器等構成的串聯回路得以量度。當機床切削速度、進給量、切削深度一定時其熱電勢應是一個常量，如當切削深度和進給量一定，而由於機床主軸箱內某回轉部件存在故障而產生異常運動，并反映到切削速度發生變化時，其熱電勢大小也會相應地產生波動，該種波動恰是機床加工運動中因主軸箱內回轉部件的故障而影響被切金屬工件表面質量的信息源。因此本裝置利用合金刀具和被測金屬工件構成的熱電勢信號傳感器，直接從切削微區拾取熱電勢信號作有用信號，同時為了使數字計算機在處理信號時有一時間基準，故采用同步信號傳感器拾取被測機床主軸回轉周期脈沖信號，此外為消除電網干擾信號，采用輔助電極拾取電網引入的干擾信號。上述三種信號同時輸入信號予處理器，經處理后去掉干擾信號得到有用數字信號和周期脈沖序列，然后輸入數字計算機，此外需將被測機床傳動鏈結構清單輸入數字計算機，經數字計算機處理后即可通過顯示器、記錄儀得到故障清單。
上述裝置的合金刀具與機床之間也可相導通，而被切金屬工件與機床相絕緣，被切金屬工件作信號輸出端，機床作接地端。
為了方便地從合金刀具或被測金屬工件上取得熱電勢信號，可增加一由兩塊銅或鋁片中間隔絕緣體組成的信號采集電極，其中一塊銅或鉛片接合金刀具或被切金屬工件作信號輸出端，另一塊銅或鋁片接機床作接地端。
由本發明的上述內容可知，它的優點在於利用合金刀具在切削金屬工件時形成的自然熱電勢作有用信號，因此信號直接來源於切削微區，故其置信度較高、頻響范圍寬，而且傳感器特別簡單、安裝工藝低，并具有在線檢測功能，成功地實現了檢測的實時性與真實性，可以準確、迅速找出被測機床運動部件影響加工工件表面質量的故障源。
下面對本發明的最佳實施例進行詳細描述，以便對本發明有進一步的了解。
圖一為本發明提供的機床運動部件故障檢測裝置的工作原理框圖。
圖二為本發明提供的機床運動部件故障檢測裝置的熱電勢信號傳感器示意圖。
圖三為本發明提供的機床運動部件故障檢測裝置的信號予處理器工作原理框圖。
參見圖一，從圖可知本圖的被測機床是以車床為例。當車床作切削加工時，可通過熱電勢信號傳感器1可獲得熱電勢作為有用信號。同步信號傳感器2是采用光電傳感器，為使該傳感器獲得信號，需在車床主軸上畫一色線，當主軸轉動時，同時信號傳感器2即可獲得主軸回轉周期脈沖信號。輔助電極3是一銅片固定在本車床尾架上，可從尾架上獲得電網的干擾信號。上述三種信號同時輸入信號予處理器4，經予處理后獲得有用數字信號和車床主軸回轉周期脈沖序列送入數字計算機5，為了故障尋跡需將被測車床的傳動鏈結構清單即傳動關系、各齒輪齒數、各軸承結構參數等通過人機對話方式或軟盤方式輸入數字計算機5。數字計算機5獲得上述三種信號后，對有用數字信號進行快速富里埃分析，得到其故障頻譜，對周期脈沖序列進行運算，得到其序列周期，對被測車床傳動鏈結構清單參考上述序列周期進行運算，得到被測車床各運動部件的周期，然后將有用數字信號分別按序列周期和被測車床各運動部件的周期在時間域內進行功率平均運算，得到各運動部件上的故障信號功率分布，最后再將上述故障頻譜與故障信號功率分布對比檢出各故障源上的故障分布狀況，并通過顯示器6、記錄儀7得到被測車床故障清單。
參見圖二，由圖可知被測機床也是以車床為例。被切金屬工件17固定在車床夾頭上，被切金屬工件17與機床相導通，合金刀具18固定在刀架上，合金刀具18與刀架之間有一絕緣體22相絕緣。為了使用方便在合金刀具18下端增加了一由兩銅片19、21中間隔絕緣體20組成的信號采集電極，銅片19作為熱電勢信號輸出端，銅片21作為接地端，當車床作切削加工時，合金刀具18和被切金屬工件17自然形成一對熱電偶，其熱電勢信號由銅片19輸出。
參見圖三，熱電勢信號傳感器輸出的熱電勢信號U1和輔助電極電極輸出的U3分別輸入衰減器8、9，經衰減后，得到U11、U31送入由F007運放組成的抗干擾放大器10中，抗干擾放大器10具有較高的共模抑制能力，故能將大部份干擾信號抑制，從而可獲得有用信號U12。為提高有用信號U12的保真度，故將U12送入由0-2KHz、0-25Hz、0-50Hz、0-5Hz四頻段組成的低通濾波器11，經濾波后，得到高保真度的有用信號的U13。由於U3信號較小故送入放大倍數為40-80分貝的放大器12(由一只5G28、三只F007運放組成)進行放大，經放大后得到U14，U14是有用模擬信號，為了使有用模擬信號U14能在數字計算機中進行處理，需經模數轉換器15轉換成數字信號I，并將I送入數字計算機。此外為保證放大器12輸出不失真，U14除送入模數轉換器15之外，同時也送入由LM324和二個發光二極管組成的限幅指示器13中作為信號幅度指示用，當放大器12輸出失真時發光二極管導通，此時可調節衰減器8，保證放大器12輸出不失真。同步信號傳感器輸出的同步信號U2送入脈沖發生器14，脈沖發生器14是由LM324構成，經脈沖發生器14后得到周期脈沖序列Ⅱ，并將Ⅱ送入數字計算機。
權利要求
1.一種機床運動部件故障檢測裝置，包括熱電勢信號傳感器1、同步信號傳感器2、輔助電極3、信號予處理器4、數字計算機5和顯示器6、記錄儀7，熱電勢信號傳感器1、同步傳感器2、輔助電極3接信號予處理器4，信號予處理器4接數字計算機5，數字機算機5接顯示器6、記錄儀7，其特征在於熱電勢信號傳感器1由合金刀具18和被切金屬工件17組成，合金刀具18和被切金屬工件17分別固定在機床上，被切金屬工件17與機床之間相導通，合金刀具18與機床之間相絕緣，合金刀具18作信號輸出端，機床作接地端，信號予處理器4由衰減器8、9、抗干擾放大器10、低通濾波器11、放大器12、限幅指示器13、模數轉換器15和脈沖發生器14組成，衰減器8、9的輸入端接合金刀具18和輔助電極3，其輸出端接抗干擾放大器10的輸入端，抗干擾放大器10的輸出端接低通濾波器11的輸入端，低通濾波器11的輸出端接放大器12的輸入端，放大器12的輸出端分別接限幅指示器13和模數轉換器15的輸入端，模數轉換器的15的輸出端接數字計算機5，脈沖發生器14的輸入端接同步信號傳感器2的輸出端，脈沖發生器14的輸出端接數字計算機5。
2.按權利要求1所述的檢測裝置，其特征在於合金刀具18與機床之間相導通，被測金屬工件17與機床相絕緣，被測金屬工件17作信號輸出端，機床作接地端。
3.按權利要求1所述的檢測裝置，其特征在於由合金刀具18和被切金屬工件17組成熱電勢信號傳感器1，還包括由兩塊銅或鋁片19、21中間隔絕緣體20組成的信號采集電極，銅或鋁片19連接合金刀具18或被切金屬工件17作信號輸出端，銅或鋁片21接機床作接地端。
全文摘要
本發明涉及一種檢測機床運動部件故障的儀器，它由刀具、工件構成的熱電勢信號傳感器、同步信號傳感器、輔助電極、信號預處理器、數字計算機和顯示器、記錄儀組成。傳感器和輔助電極分別拾取信號輸入信號預處理器，經處理后輸入數字計算機，經數字計算機處理后即可通過顯示器、記錄儀獲得被測機床運動部件的故障清單，其優點是直接從切削微區拾取信號，因此信號置信度高、頻響范圍寬，并具有在線檢測功能，可實現測試的實時性與真實性。
文檔編號B05B9/03GK1037864SQ8810541
公開日1989年12月13日 申請日期1988年5月25日 優先權日1988年5月25日
發明者安邦健, 潘海麗 申請人:上海第二工業大學