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高精度机床主轴轴承故障预测系统开发

吴国庆  
【摘要】:在机械加工领域,轴承的质量直接影响到加工工件性能的优劣。然而轴承的应用环境通常较为复杂,所以对轴承的故障预测技术相关方法的研究一直是机械设备故障诊断领域的重要课题。某机床主轴轴承的失效直接导致了加工精度下降,现有状态下,在轴承出现故障后,只能停机采购并更换轴承,造成设备利用率下降,生产组织混乱。本文通过介绍轴承故障预测系统的发展现状及国内外学者的研究成果,指出目前对于轴承故障预测研究的不足。在已知大量的机床加工工件数据和轴承更换记录的基础上,提出开发一种新的轴承故障预测系统,从工件数据分析的角度预测轴承的故障,为轴承故障预测提出新的研究方向。基于统计过程控制(SPC)理论,对采集的机床加工工件数据展开分析。首先阐述统计过程控制的发展历程,详细介绍其在数据处理过程中的主要方法,并通过Q-DAS软件的应用实例,说明SPC在制造企业中的广泛应用;其次对采集的工件数据进行公差分析,确定分析对象后应用SPC理论的方法,如参数计算、模型分布、分析图及过程能力研究等,进行数据计算分析,并对更换节点前后的多个参数进行对比和拟合分析,最终确定均值、标准差、过程能力指数(Cpk)三个参数为轴承更换的判断依据;最后研究采集数据的分布模型,对数据分布进行正态性检验并通过离群检验剔除个别异常值,利用样本的抽取与分离将样本分为基准样本和预警样本,通过计算和实验分析确定三个参数的预警阈值,并进行实验分析和修正。基于LabVIEW软件开发平台与SQL Server数据库的互访开发程序,既发挥LabVIEW在虚拟面板用户界面上的可视化优势,又利用SQL Server强大的数据管理能力,实现大规模数据的计算、存储、显示、预警和查询等功能。软件程序包括数据计算及存储模块、数据显示及预警模块和数据查询模块,三个模块通过建立事件分支组成整个事件结构,各分支循环互相独立实现功能,通过离线统计检测加工工件数据,并录入系统程序,设置三个预警参数为“或”门关系,当某个参数超过预警阈值时将触发指示灯,在轴承失效前自动提示更换轴承,达到轴承故障预测的目的。


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