CN117943891A - 数控机床电主轴轴承故障检测方法、装置、设备及介质 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种数控机床电主轴轴承故障检测方法、装置、设备及介质，属于数控机床智能检测技术领域，所述方法步骤如下：预先为数控机床的电主轴构建模拟切削脚本；在数控机床的电主轴运转正常工况，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成健康数据样本；定期进行电主轴检测，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成实时数据样本；将电主轴的实时数据样本与健康数据样本进行比较，验证两者偏差是否超过设定阈值，并在超过时，进行电主轴故障预警，提示进行温升控制装置检测。本发明实现电主轴高速轴承预防性检测，降低了电主轴故障率，提高了机床可靠性。
Description
技术领域
本发明属于数控机床智能检测技术领域，具体涉及一种数控机床电主轴轴承故障检测方法、装置、设备及介质。
背景技术
数控机床依靠电主轴进行高速切削，随着电主轴的发展，数控机床甚至可以实现万转高速。电主轴是数控机床机、电、液一体化程度最高的精密功能部件，高速运转时，轴承摩擦会产生大量热，因此高速旋转对电主轴轴承的散热要求相当高。
当前电主轴设有定量油气润滑装置和水冷装置，从而进行温升的严格控制，但是由于润滑油油质、出油量和供气压力在使用过程中会随着外部因素而变化，冷却水温度及流量在使用过程中也是可变的，导致电主轴温升仍然存在过高的可能，一旦发生异常温升，就会对轴承造成不可逆的损失，严重影响数据机床的性能。
综上，数控机床通过电主轴进行高速切削，电主轴作为数控机床的重要部件其性能稳定非常重要。现有的电主轴轴承配有定量油气润滑装置和水冷装置为高速转动时进行摩擦降温，但控制温升的装置不能保证稳定运行，导致电主轴仍有发生温升异常的可能，一旦温升异常则会损伤电主轴。
此为现有技术的不足，因此，针对现有技术中的上述缺陷，提供一种数控机床电主轴轴承故障检测方法、装置、设备及介质，是非常有必要的。
发明内容
针对现有技术的上述现有电主轴控制温升的装置不能保证稳定运行，导致电主轴仍有发生温升异常的可能，一旦温升异常则会损伤电主轴的缺陷，本发明提供一种数控机床电主轴轴承故障检测方法、装置、设备及介质，以解决上述技术问题。
第一方面，本发明提供一种数控机床电主轴轴承故障检测方法，包括如下步骤：
S1.预先为数控机床的电主轴构建模拟切削脚本；
S2.在数控机床的电主轴运转正常工况，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成健康数据样本；
S3.定期对数控机床进行电主轴检测，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成实时数据样本；
S4.将电主轴的实时数据样本与健康数据样本进行比较，验证两者偏差是否超过设定阈值，并在超过时，进行电主轴故障预警，提示进行电主轴温升控制装置检测。
进一步地，步骤S1具体步骤如下：
S11.为电主轴选择初始运转转速及加速时间点；
S12.为各加速时间点选择加速度及每段的加速持续时间；
S13.根据每段的加速持续时间计算电主轴的总运转时间；
S14.将电主轴的初始运转转速、加速时间点、各加速时间点加速度、每段的持续加速时间以及总运转时间生成模拟切削脚本。
进一步地，步骤S2具体步骤如下：
S21.在数控机床安装新的电主轴，并对电主轴进行调试；
S22.对调试完成的电主轴按照设定次数执行模拟切削脚本进行空运转；
S23.按照采样周期采集每次模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承温度值，并将每次采集的轴承温度值保存在健康数据库中；
S24.计算各次采集的相同采样周期点的轴承温度值偏差，将各轴承温度值偏差作为正常数据偏离度并进行量化，得到健康数据样本。
进一步地，步骤S23具体步骤如下：
S231.在电主轴的轴承前端及后端均设置温度采样点；
S232.预先构建多维数组，数组长度等于每次测试中采集周期点个数；
S233.采集每次模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承前端温度值和后端温度值，分别保存在两个多维数组中，再将两个多维数组保存到健康数据库中。
进一步地，步骤S3具体步骤如下：
S31.按照设定的检测周期对数控机床启动电主轴检测；
S32.对电主轴执行模拟切削脚本进行空运转；
S33.按照采样周期采集模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承温度值，并将每次采集的轴承温度值保存在当前数据库中，作为实时数据样本。
进一步地，步骤S33具体步骤如下：
S331.采集模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承前端温度值和后端温度值，分别保存到两个多维数组中；
S332.检测健已有数据容量是否达到当前数据库的总容量；
若是，进入步骤S334；
若否，进入步骤S333；
S333.将保存时间最长的多维数组从当前数据库中删除，将释放的数据库空间提供给当前采集的两个多维数组；
S334.将两个多维数组按照先入先出方式保存到当前数据库中，形成实时数据样本。
进一步地，步骤S4具体步骤如下：
S41.将当前数据库中实时数据样本与健康数据库中健康数据样本进行比较；
S42.对当前数据库中各采样点的各采样周期点温度值与健康数据库中相同采样点的相同采样周期点计算特性偏离度；
S43.判断特性偏离度是否超出正常数据偏离度的范围；
若是，进入步骤S44；
若否，继续进行电主轴检测，返回步骤S3；
S44.发出电主轴故障预警，输出采样点温度值，提醒对采样点位置的温升控制装置进行检测。
进一步地，步骤S42中对监控数据库中各次采集各采样周期点的轴承温度值计算平均值，将各采样周期点的轴承温度值平均值作为标准温度序列；
将当前数据库中各采样点的各采样周期点温度值与标准温度序列中对应温度值进行比对，计算特性偏离度。
第二方面，本发明提供一种数控机床电主轴轴承故障检测装置，包括：
模拟切削脚本构建模块，用于预先为数控机床的电主轴构建模拟切削脚本；
健康数据采集模块，用于在数控机床的电主轴运转正常工况，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成健康数据样本；
实时数据采集模块，用于定期对数控机床进行电主轴检测，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成实时数据样本；
电主轴故障预警模块，用于将电主轴的实时数据样本与健康数据样本进行比较，验证两者偏差是否超过设定阈值，并在超过时，进行电主轴故障预警，提示进行电主轴温升控制装置检测。
进一步地，模拟切削脚本构建模块包括：
初始速度及时间点设置单元，用于为电主轴选择初始运转转速及加速时间点；
加速设置单元，用于为各加速时间点选择加速度及每段的加速持续时间；
运转时间计算单元，用于根据每段的加速持续时间计算电主轴的总运转时间；
模拟切削脚本生成单元，用于将电主轴的初始运转转速、加速时间点、各加速时间点加速度、每段的持续加速时间以及总运转时间生成模拟切削脚本。
进一步地，健康数据采集模块包括：
电主轴安装及调试单元，用于在数控机床安装新的电主轴，并对电主轴进行调试；
模拟切削第一执行单元，用于对调试完成的电主轴按照设定次数执行模拟切削脚本进行空运转；
基准健康数据采集单元，用于按照采样周期采集每次模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承温度值，并将每次采集的轴承温度值保存在健康数据库中。
进一步地，实时数据采集模块包括：
检测启动单元，用于按照设定的检测周期对数控机床启动电主轴检测；
模拟切削第二执行单元，用于对电主轴执行模拟切削脚本进行空运转；
实时数据采集单元，用于按照采样周期采集模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承温度值，并将每次采集的轴承温度值保存在当前数据库中，作为实时数据样本。
进一步地，电主轴故障预警模块包括：
数据比较单元，用于将当前数据库中实时数据样本与健康数据库中健康数据样本进行比较；
特性偏离度计算单元，用于对当前数据库中各采样点的各采样周期点温度值与健康数据库中相同采样点的相同采样周期点计算特性偏离度；
特性偏离度判断单元，用于判断特性偏离度是否超出正常数据偏离度的范围；
继续检测单元，用于特性偏离度未超出正常数据偏离度的范围时，继续进行电主轴检测；
电主轴故障预警单元，用于特性偏离度超出正常数据偏离度的范围时，发出电主轴故障预警，输出采样点温度值，提醒对采样点位置的温升控制装置进行检测。
第三方面，本发明提供一种计算机设备，包括处理器和存储器；
其中，该存储器用于存储计算机程序，该处理器用于从存储器中调用并运行该计算机程序，使得计算机设备执行上述第一方面所述的方法。
第四方面，本发明提供了一种存储介质，
所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面所述的方法。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的数控机床电主轴轴承故障检测方法、装置、设备及介质，通过定期执行模拟切削脚本，将相同转速、相同运行时间下的电主轴轴承温升特性数据，与历史健康数据进行对比分析，通过计算特性数据偏离度，判定电主轴的轴承运行状态是否正常，从而实现电主轴高速轴承预防性检测，再对温控装置进行及早介入检修，将可导致电主轴损坏的故障因素消除在萌芽状态，避免因轴承损坏产生的高额维修费用及维修周期，降低了电主轴故障率，提高了机床可靠性，具有良好的技术应用前景。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明数控机床电主轴轴承故障检测方法一个实施例的流程示意图。
图2是本发明数控机床电主轴轴承故障检测方法另一个实施例的流程示意图。
图3是本发明数控机床电主轴轴承故障检测装置示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，本发明提供一种数控机床电主轴轴承故障检测方法，包括如下步骤：
S1.预先为数控机床的电主轴构建模拟切削脚本；
S2.在数控机床的电主轴运转正常工况，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成健康数据样本；
S3.定期对数控机床进行电主轴检测，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成实时数据样本；
S4.将电主轴的实时数据样本与健康数据样本进行比较，验证两者偏差是否超过设定阈值，并在超过时，进行电主轴故障预警，提示进行电主轴温升控制装置检测。
实施例2：
如图2所示，本发明提供一种数控机床电主轴轴承故障检测方法，包括如下步骤：
S1.预先为数控机床的电主轴构建模拟切削脚本；步骤S1具体步骤如下：
S11.为电主轴选择初始运转转速及加速时间点；
S12.为各加速时间点选择加速度及每段的加速持续时间；
S13.根据每段的加速持续时间计算电主轴的总运转时间；
S14.将电主轴的初始运转转速、加速时间点、各加速时间点加速度、每段的持续加速时间以及总运转时间生成模拟切削脚本；
S2.在数控机床的电主轴运转正常工况，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成健康数据样本；步骤S2具体步骤如下：
S21.在数控机床安装新的电主轴，并对电主轴进行调试；
S22.对调试完成的电主轴按照设定次数执行模拟切削脚本进行空运转；
S23.按照采样周期采集每次模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承温度值，并将每次采集的轴承温度值保存在健康数据库中；步骤S23具体步骤如下：
S231.在电主轴的轴承前端及后端均设置温度采样点；
S232.预先构建多维数组，数组长度等于每次测试中采集周期点个数；
S233.采集每次模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承前端温度值和后端温度值，分别保存在两个多维数组中，再将两个多维数组保存到健康数据库中；
S24.计算各次采集的相同采样周期点的轴承温度值偏差，将各轴承温度值偏差作为正常数据偏离度并进行量化，得到健康数据样本；
S3.定期对数控机床进行电主轴检测，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成实时数据样本；步骤S3具体步骤如下：
S31.按照设定的检测周期对数控机床启动电主轴检测；
S32.对电主轴执行模拟切削脚本进行空运转；
S33.按照采样周期采集模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承温度值，并将每次采集的轴承温度值保存在当前数据库中，作为实时数据样本；步骤S33具体步骤如下：
S331.采集模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承前端温度值和后端温度值，分别保存到两个多维数组中；
S332.检测健已有数据容量是否达到当前数据库的总容量；
若是，进入步骤S334；
若否，进入步骤S333；
S333.将保存时间最长的多维数组从当前数据库中删除，将释放的数据库空间提供给当前采集的两个多维数组；
S334.将两个多维数组按照先入先出方式保存到当前数据库中，形成实时数据样本；
当前数据采集与健康数据采集采用相同的模拟切削脚本确保电主轴的加速曲线、运转转速和持续时间相同；
S4.将电主轴的实时数据样本与健康数据样本进行比较，验证两者偏差是否超过设定阈值，并在超过时，进行电主轴故障预警，提示进行电主轴温升控制装置检测；步骤S4具体步骤如下：
S41.将当前数据库中实时数据样本与健康数据库中健康数据样本进行比较；
S42.对当前数据库中各采样点的各采样周期点温度值与健康数据库中相同采样点的相同采样周期点计算特性偏离度；
步骤S42中对监控数据库中各次采集各采样周期点的轴承温度值计算平均值，将各采样周期点的轴承温度值平均值作为标准温度序列；
将当前数据库中各采样点的各采样周期点温度值与标准温度序列中对应温度值进行比对，计算特性偏离度；
S43.判断特性偏离度是否超出正常数据偏离度的范围；
若是，进入步骤S44；
若否，继续进行电主轴检测，返回步骤S3；
S44.发出电主轴故障预警，输出采样点温度值，提醒对采样点位置的温升控制装置进行检测。
实施例3：
如图3所示，本发明提供一种数控机床电主轴轴承故障检测装置，包括：
模拟切削脚本构建模块，用于预先为数控机床的电主轴构建模拟切削脚本；模拟切削脚本构建模块包括：
初始速度及时间点设置单元，用于为电主轴选择初始运转转速及加速时间点；
加速设置单元，用于为各加速时间点选择加速度及每段的加速持续时间；
运转时间计算单元，用于根据每段的加速持续时间计算电主轴的总运转时间；
模拟切削脚本生成单元，用于将电主轴的初始运转转速、加速时间点、各加速时间点加速度、每段的持续加速时间以及总运转时间生成模拟切削脚本；
健康数据采集模块，用于在数控机床的电主轴运转正常工况，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成健康数据样本；健康数据采集模块包括：
电主轴安装及调试单元，用于在数控机床安装新的电主轴，并对电主轴进行调试；
模拟切削第一执行单元，用于对调试完成的电主轴按照设定次数执行模拟切削脚本进行空运转；
基准健康数据采集单元，用于按照采样周期采集每次模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承温度值，并将每次采集的轴承温度值保存在健康数据库中；
实时数据采集模块，用于定期对数控机床进行电主轴检测，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成实时数据样本；实时数据采集模块包括：
检测启动单元，用于按照设定的检测周期对数控机床启动电主轴检测；
模拟切削第二执行单元，用于对电主轴执行模拟切削脚本进行空运转；
实时数据采集单元，用于按照采样周期采集模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承温度值，并将每次采集的轴承温度值保存在当前数据库中，作为实时数据样本；
电主轴故障预警模块，用于将电主轴的实时数据样本与健康数据样本进行比较，验证两者偏差是否超过设定阈值，并在超过时，进行电主轴故障预警，提示进行电主轴温升控制装置检测；电主轴故障预警模块包括：
数据比较单元，用于将当前数据库中实时数据样本与健康数据库中健康数据样本进行比较；
特性偏离度计算单元，用于对当前数据库中各采样点的各采样周期点温度值与健康数据库中相同采样点的相同采样周期点计算特性偏离度；
特性偏离度判断单元，用于判断特性偏离度是否超出正常数据偏离度的范围；
继续检测单元，用于特性偏离度未超出正常数据偏离度的范围时，继续进行电主轴检测；
电主轴故障预警单元，用于特性偏离度超出正常数据偏离度的范围时，发出电主轴故障预警，输出采样点温度值，提醒对采样点位置的温升控制装置进行检测。
实施例4：
本发明提供一种计算机设备，包括处理器和存储器；
其中，该存储器用于存储计算机程序，该处理器用于从存储器中调用并运行该计算机程序，使得计算机设备执行实施例1或实施例2所述的方法。
实施例5：
本发明提供一种存储介质，
所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述实施例1或实施例2所述的方法。
尽管通过参考附图并结合优选实施例的方式对本发明进行了详细描述，但本发明并不限于此。在不脱离本发明的精神和实质的前提下，本领域普通技术人员可以对本发明的实施例进行各种等效的修改或替换，而这些修改或替换都应在本发明的涵盖范围内/任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种数控机床电主轴轴承故障检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.预先为数控机床的电主轴构建模拟切削脚本；
S2.在数控机床的电主轴运转正常工况，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成健康数据样本；
S3.定期对数控机床进行电主轴检测，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成实时数据样本；
S4.将电主轴的实时数据样本与健康数据样本进行比较，验证两者偏差是否超过设定阈值，并在超过时，进行电主轴故障预警，提示进行电主轴温升控制装置检测。
2.如权利要求1所述的数控机床电主轴轴承故障检测方法，其特征在于，步骤S1具体步骤如下：
S11.为电主轴选择初始运转转速及加速时间点；
S12.为各加速时间点选择加速度及每段的加速持续时间；
S13.根据每段的加速持续时间计算电主轴的总运转时间；
S14.将电主轴的初始运转转速、加速时间点、各加速时间点加速度、每段的持续加速时间以及总运转时间生成模拟切削脚本。
3.如权利要求2所述的数控机床电主轴轴承故障检测方法，其特征在于，步骤S2具体步骤如下：
S21.在数控机床安装新的电主轴，并对电主轴进行调试；
S22.对调试完成的电主轴按照设定次数执行模拟切削脚本进行空运转；
S23.按照采样周期采集每次模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承温度值，并将每次采集的轴承温度值保存在健康数据库中；
S24.计算各次采集的相同采样周期点的轴承温度值偏差，将各轴承温度值偏差作为正常数据偏离度并进行量化，得到健康数据样本。
4.如权利要求3所述的数控机床电主轴轴承故障检测方法，其特征在于，步骤S23具体步骤如下：
S231.在电主轴的轴承前端及后端均设置温度采样点；
S232.预先构建多维数组，数组长度等于每次测试中采集周期点个数；
S233.采集每次模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承前端温度值和后端温度值，分别保存在两个多维数组中，再将两个多维数组保存到健康数据库中。
5.如权利要求3所述的数控机床电主轴轴承故障检测方法，其特征在于，步骤S3具体步骤如下：
S31.按照设定的检测周期对数控机床启动电主轴检测；
S32.对电主轴执行模拟切削脚本进行空运转；
S33.按照采样周期采集模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承温度值，并将每次采集的轴承温度值保存在当前数据库中，作为实时数据样本。
6.如权利要求5所述的数控机床电主轴轴承故障检测方法，其特征在于，步骤S33具体步骤如下：
S331.采集模拟切削脚本执行过程中电主轴的轴承前端温度值和后端温度值，分别保存到两个多维数组中；
S332.检测健已有数据容量是否达到当前数据库的总容量；
若是，进入步骤S334；
若否，进入步骤S333；
S333.将保存时间最长的多维数组从当前数据库中删除，将释放的数据库空间提供给当前采集的两个多维数组；
S334.将两个多维数组按照先入先出方式保存到当前数据库中，形成实时数据样本。
7.如权利要求5所述的数控机床电主轴轴承故障检测方法，其特征在于，步骤S4具体步骤如下：
S41.将当前数据库中实时数据样本与健康数据库中健康数据样本进行比较；
S42.对当前数据库中各采样点的各采样周期点温度值与健康数据库中相同采样点的相同采样周期点计算特性偏离度；
S43.判断特性偏离度是否超出正常数据偏离度的范围；
若是，进入步骤S44；
若否，继续进行电主轴检测，返回步骤S3；
S44.发出电主轴故障预警，输出采样点温度值，提醒对采样点位置的温升控制装置进行检测。
8.一种基于权利要求1-7任一项所述的数控机床电主轴轴承故障检测装置，其特征在于，包括：
模拟切削脚本构建模块，用于预先为数控机床的电主轴构建模拟切削脚本；
健康数据采集模块，用于在数控机床的电主轴运转正常工况，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成健康数据样本；
实时数据采集模块，用于定期对数控机床进行电主轴检测，启动模拟切削脚本采集电主轴的温升数据形成实时数据样本；
电主轴故障预警模块，用于将电主轴的实时数据样本与健康数据样本进行比较，验证两者偏差是否超过设定阈值，并在超过时，进行电主轴故障预警，提示进行电主轴温升控制装置检测。
9.一种计算机设备，其特征在于，包括处理器和存储器；
其中，该存储器用于存储计算机程序，该处理器用于从存储器中调用并运行该计算机程序，使得计算机设备执行上述权利要求1-7任一项所述的方法。
10.一种存储介质，其特征在于，
所述存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述权利要求1-7任一项所述的方法。
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