机床故障诊断技术评述

机床故障诊断技术评述

罗一新1　谢　明2

1.湘潭工学院资源工程系,湖南湘潭　411201;

2.邵阳高等专科学校,湖南邵阳　422004

摘要:较详尽地概括了目前机床故障诊断的内容与方法,指出了一些常见诊断技术的优缺点,分析了机床诊断技术的发展趋势。

关键词:机床;故障诊断;分析

中图分类号:TG502.7;TP206.3　文献标识码:B　文章编号:1001-2265(2001)12-0042-03

On the technology of breakdow n diagnose for machine tool

L UO Y ixin　XIE Min

Abstract:This paper summarizes the content and methods to breakdown diagnose of moment;points out merits and demerits for some common diagnose tehnology;analyzes devoloping trend on the diagnose for machine tool.

K ey w ords:machine tool;breakdown diagnose;analyse

故障诊断技术是近年来新兴起的一门综合技术。机床故障诊断技术是其在机床设备上的应用。“诊断”是人们所借用的医学术语。事实上,机床设备故障诊断与医生诊断病人的疾病确有相似之处。它是一种了解和掌握机床设备在使用过程中的状态,判断其整体或部位是否正常,早期发现故障及其原因,并能预报故障发展趋势的技术。

在生产实际中,正确判断机床故障,对保证正常生产,减少维修成本,预防或避免重大事故发生,保护人民生命安全和国家财产,有着极其重要的经济价值和社会效益。

1　机床故障诊断的类型

机床故障诊断有以下几种类型:

1)功能和运行诊断。这种类型主要针对新安装或刚维修后的机床。对于这些机床,需要检查其功能及运行工况是否正常,然后按检查结果对其进行调整。

2)机床精度诊断。因机床是工作母机,其工作能力主要由加工精度和加工表面粗糙度两项指标来衡量。机床的加工精度和加工表面粗糙度主要由零件的运动精度来保证实现。所谓精度诊断,是利用技术与工具,通过对机床运转的动态参数(物理量)的测试,对各种模拟量作数理处理与分析,确定能表明设备性能的特征参数,从而找出设备的内在故障并评定其实际工作能力。

3)直接诊断和间接诊断。直接诊断是直接确定机床关键零件的状态,如主轴轴承间隙、齿轮齿面磨损等。间接诊断是通过二次诊断信息间接判断机床关键零部件的状态变化。

4)定期诊断和连续监控。每隔一定时间(一月或数月)对工作状态下的机床进行常规检查,如主轴轴承振动情况检查称为定期诊断。而连续监控则是利用仪表和计算机信息处理系统对机床运行状态进行监视或控制。

2　机床故障诊断技术的分类

2.1　实用诊断技术

所谓“实用诊断技术”指的是由维修人员利用感觉器官对机床进行问、看、听、触、嗅等的诊断。

2.2　现代诊断技术

现代诊断技术主要依靠现代技术与工具进行诊断。这是机床故障诊断技术的主体部分及发展方向。其方法种类很多,常见的有:

1)电子听诊器诊断技术

它模仿医生看病,利用电子听诊器对机床振动特征及振动量的检测来判断故障。这种方法具有抗干扰性好、分辨能力强、灵敏度高等优点。但在使用电子听诊器诊断时,应正确使用探针,选择好探测点,否则误差较大。

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组合机床与自动化加工技术

2)状态监测型故障诊断技术

状态监测的目的是确定机床是否存在故障,而故障诊断则要确定发生故障的部位及程度。使用时需将二者结合起来。

机床状态监测按机床的机械性能参数的采样时间可分为连续在线监测、离散分项检测和随机故障检测三种形式。

(1)连续在线监测。它主要使用综合测试仪来监测多组动态工况参数。综合测试仪的优点是能集中控制,数据能定时显示,存储便于现场使用。综合测试仪有以微处理器或以数据采集器为核心的,也有集数据采集与处理一步完成的。如便携式液压系统分析仪即为一集数据采集与处理一步完成的综合测试仪。

(2)离散分项检测。它主要针对日常点检或定期维护时发现故障征兆所安排的对相关总成的功能检测。有时也可以是定期安排对整台机床性能的常规检测。分项检测的按需维护和预测性维修的重要手段。它主要有温度检测、流量测定及油、水、气的污染检测等。

(3)随机故障检测。当机器发现随机故障时,可利用下述检测方法:

a.内窥检查。这也是依照医学诊断技术,利用内窥镜,配用多种探头,用于机床传动系统、液压缸内壁、齿轮箱等处检查的一种检测方法。目前国外的工业内窥镜,将电荷耦合器件(CCD)摄像技术与薄膜晶体管———薄膜液晶(TF T———LCD)显示视频技术相结合,能产生彩色的高清晰度的图像。

b.噪声检测。常用声级计来分析噪声的周期性、波动性及脉冲性。有时还可显示统计分布曲线,提示操作方法、介绍其工作原理。

c.振动检测。一般采用袖珍测振仪。如利用测振仪来诊断液压泵的故障。须指出的是,振动检测时一般应事先确定不同故障类型的振动频谱结构。如在对液压泵进行振动检测时,需预先建立加速度曲线、频谱图、倒频谱图等,以便进行振动加速度的时域、频域及时延域的故障特征识别,进一步还可利用模式识别法进行故障的定量分析。

3)光谱分析。一般应用原子吸收光谱仪(原子吸收分光度计)来分析机床在运行过程中磨损以后进入润滑油或液压油中的各种金属微粒和外来砂粒、尘埃的化学成份(元素的种类)和浓度,从而进行状态监测。

4)热象诊断技术。它利用红外线成象技术对诊断对象进行热分析,从而判别其技术状态。它多用于昂贵的精密机床的轴温探测。

5)铁谱分析。这是一种定量分析法,多用于油样分析。它是使带有磨屑的润滑油流过一个高强度、高梯度的磁场,利用磁场力把铁磁性磨屑从润滑油中分离出来,且按照磨屑颗粒大小次序沉淀在基片上制成供观察和分析用的谱片。可用铁谱显微镜进行观察,然后用光密度计对磨屑的分布状况进行定量的测定,也可以用电子显微镜进行观察和用X射线能谱仪或X射线波谱仪对磨屑中的各种元素进行准确的测定。常用分析式铁谱仪配合显微镜进行检测。

6)磁塞检查法。这种方法早于铁谱分析法。它是用带磁性的塞头插入润滑油系统中的管道内,收集润滑油中的残渣,用肉眼来直接观察残渣的大小、数量和形态,以此来判断机床零件的磨损状态。它的优点是简便易行,且行之有效,所以是检查处于磨损后期的机床零件的一种很重要的手段。

7)功能跟踪筛检法(液压故障逆向分析法)

这是一种从液压系统故障表征出发,按照液压元件功能的相关联系,分析发生液压系统故障的各种影响因素的分析方法。即从液压故障的结果向原因进行分析的方法。这种诊断方法目的明确,只要液压元件功能、原理的关系清楚,就能简便地查液压系统故障。目前这种方法广泛应用于机床液压系统故障诊断。

3　机床故障诊断技术的发展趋势

随着科学技术的发展,机床越来越精密,结构愈来愈复杂,机床故障诊断技术也在不断更新,变得越来越先进。

目前比较先进的机床故障诊断技术有以下几种:

1)模糊诊断法

这种方法应用模糊数学理论进行机床故障诊断。它将各种故障原因及其征兆视为两类不同的模糊集合,用矩阵表示它们之间的关系。同理,故障原因及其评语这两个子集的关系也用相应矩阵来描述。这两个矩阵通过模糊变换运算,可为复杂设备的故障诊断和预测提供新的途径。

2)故障诊断专家系统

专家系统是人工智能的一个重要分支。这是为解决应用领域中复杂问题而利用专家知识的计算机程序系统。专家系统的高性能及实用性能产生的巨大经济效益,已引起学术界及应用领域各方面的高度重视。世界上许多国家已将它列为国家重点研究项目。

故障诊断专家系统是将所必需的知识、经验和推理规则等信息,编成计算机可以利用的知识库,建立具有一定智能的专家系统。这种系统能对机床状态作常

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2001年第12期