数控机床健康状况监测的关键技术分析

吴华江，吴 瑞

（中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司，贵州贵阳 550009）

0 引言

随着国内经济与科技迅速发展，数控机床得到广泛应用。数控机床结构不断优化，虽能够提升企业的生产工作质量与效率，却很容易导致故障出现。一旦数控机床出现故障，不仅会导致企业受到较大经济损失。严重时，会导致安全事故出现。如何使数控机床稳定运行，最大限度规避故障出现，就要结合企业生产与数控机床需求，在数控机床机构基础之上，构建数控机床预警系统，对数控机床[1]健康状况加以监测，并对关键技术进行分析。只有这样，才能在数控机床出现故障时，更好地对数控机床进行维护。进而在提高生产效率同时，保障安全生产工作。

1 数控机床研究意义

数控机床的可靠性，对企业的生产运营极为重要。但是，由于多数的数控机床维修工作与计划，多为事后维修。也就是说，在故障发生前，数控机床故障难以预测。如果，数控机床在运行过程中，出现严重故障，不仅会导致停机，甚至会导致机床严重损坏。随着现代技术不断发展与进步，数控机床健康监测技术被重视。在数控机床健康监测关键技术中，采用视情维修，是数控机床健康监测技术[2]发展必然趋势。此种维修方式，不同于传统维修技术。可以在数控机床实际运行过程中，采取主动预防与维修技术，能够针对数控机床可能存在的故障，及时进行预警，或是采取相应维修方式。此种维修方式，可以有效保障数控机床健康运行，最大限度规避故障出现。提前预警数控机床故障，不仅能提升企业工作效率，更能保障设备无故障、无不合格产品，能够有效维护数控机床稳定运行，进而提升企业工作效率与质量，促进企业持续发展，推动社会经济进步。

2 数控机床误差模型构建

2.1 综合几何误差模型

对数控机床健康状况关键技术加以分析，首先，要基于多体理论基础，在这一基础之上，构建无几何误差模型。数控机床的刀具与工件，在机床坐标系中的相对应位置，这一误差部分，决定数控机床加工的精准度。所以，在数控机床几何模型构建过程中，要针对两者存在的关系，也就是误差补偿理论依据。误差模型确定下来，可以决定不同的测量方式。所以，在现有条件下，为了提升数控机床测量精准度，要基于此构建误差模型，在具体的模型构建工作中，根据模型求解间获得数控机床实际运行过程存在的误差点。在模型构建过程中，要根据结构，也就是较为常见的五轴数控机床。五轴数控机床，可以分为双转台类型[3]、双摆头类型以及回转/摆动类型。在模型构建前，要对不同数控机床运动模型加以分析，并根据数控机床初始位置，对数控机床各轴进行操作，使其直线轴两两正交，才能确保数控机床旋转轴处于正交关系，进而达到垂直平行。

2.2 数控机床误差数学模型

要想更好地满足企业发展需求，就要在企业生产中，合理应用数控机床，不断优化数控机床技术、结构与精度，全面提升数控机床的精度指标。只有这样，才能最大限度降低误差。对于此，相关学者与专家，对数控机床精度进行大量测试。数控机床的精度测试的基本方法与原理可以分为两大类。①机床单项误差测量方式；②应用数学模型求解得到的综合误差辨别方式。由于第一种测量方式，所需的成本较高，而测量效率相对较低，并没有得到广泛应用。而第二种测量方式，是数控机床测量辨识主要方式，但是，由于该项测量方式，需要进一步考证与研究，并没有得到广泛应用。这也意味着，在具体的测量误差工作中，还需大力研究直线轴与旋转轴，只有对直线轴与旋转轴进行全面分析，才能提升数控机床应用稳定性。原始误差的辨识方式，主要是在数控机床空间内，对特定点进行定位，并对误差问题进行分析。将得到的数据进行整理，构建误差计算数学模型，并在这一过程中，对数学模型进行求解。只有这样，才能确定直线轴内部的原始误差数据，并将此作为主要测量数据。此种测量方式，不仅效率高，其成本更低。而就先位移方式，是较为常见误差辨别方式。该方式相对简单，随着不断发展得到广泛应用。借助此种测量方式，可以有效降低光路调整难度，最终提升测量效率，优化数控机床误差各项的辨识度，提升误差辨识精度。

3 多元融合模型研究与构建

3.1 多元信息融合基本原理

除去上述构建模型，提升数控机床稳定性，借助模型，对数控机床健康状况加以监测。在具体的工作中，还应构建良好预警系统，借助传感器，对多样化数控机床数据进行收集与整理，并基于数据基础，对数控机床运行进行评估工作。所以，在具体的工作之中，要根据不同的信息融合层次，对其进行详细划分，再基于模糊集合证据理论，对数控机床故障因素以及性能退化因素加以分析。只有这样，才能结合数控机床实际情况，对影响数控机床稳定运行因素进行监控。首先，要想构建故障预警系统，就要将多传感器信息进行融合，并确保信息融合处，可以对收集信息进行合理支配与应用。同时，要对信息进行合理优化与组合。结合数控机床实际情况，借助信息之间的互补，产生更有效、更有价值信息，可以提升数控机床健康智能监测技术，提升其检测结果可靠性。此外，要结合多融合技术，对故障进行诊断与预警。同时，要基于融合后的设备运行状态信息，对设备故障问题加以诊断。为保证数控机床稳定运行，对故障问题进行预警。必要时，可以应用实时性监测，对设备运行状态加以监管。此种故障诊断方式，需要手机大量数据。所以，在具体工作之中，需要不断从数据中进行提取，并构建特征分类器，对数控机床状态进行识别，进而满足维修决策需求，对故障进行处理。

3.2 结合证据理论对数控机床健康状况进行评估

对数控机床健康状况进行检测，检测数控机床存在的故障，需要借助多融合技术，借助多融合技术，可以对数控机床整体情况进行评估。数控机床是由多个零部件组成，单一的零部件，并不具备代表性，难以呈现整个设备的健康状况。单一的某零部件出现问题，并不能明确数控机床整体健康状况。所以，应借助多融合技术，应用传感器，对数控机床零部件性能加以监测，并对零部件状态进行具体评估。只有权衡多种因素，结合不同数据进行综合性分析，才能从局部延伸到整体。此外，在数控机床零部件评估工作中，除去要参考零部件本身因素，还需考量不同环境问题，采取更为多样的考核方式，更好地对故障进行诊断。最后，要在数控机床动态监测工作中，监控系统要具有一定容错能力。也就是说，监控系统要在噪音、测量误差等多方面因素影响下，应用融合技术，不断提升监测精准度，更好地掌握数控机床整体情况，对数控机床健康状况加以评估。

4 借助大数据对数控机床关键部分进行诊断

4.1 构建滚动轴承故障诊断模型

要想对数控机床健康状况进行全面监控，首先，要对产生的数据加以监管。数控机床监测数据极为庞大，且较为复杂。目前的故障预警方式，很难解决数控机床存在的故障，做好数控机床健康状况预警工作。所以，要想不断提升数控机床预警能力。在实际的工作中，就要对数控机床关键技术进行监测。滚动轴承作为数控机床重要构成部分之一，是数控机床关键部件。数控机床内部的滚动轴承运转精度，能够直接决定数控机床整体精度性能。对数控机床故障因素加以分析，造成数控机床出现故障主要与滚动轴承相关。滚动轴承由于在数控机床操作中，所面对环境以及工作状态相对复杂，很难借助数学模型构建，对滚动轴承故障问题进行诊断与预警。而且在没有相关专家以及专业人员指导情况下，亦难以合理应用历史数据，挖掘其中存在的隐藏问题。现代科技发展极为迅速，要想提升数控机床健康状况监测能力，可以在实际的工作中，结合大数据环境，融合多种相关异构状态监测数据，应用分布式技术，借助集群滚动轴承[4]故障进行建模。构建故障预警模型。在该模型构建过程中，需要对不同数据进行采集，并将得到的数据进行整合。数据主要来源于数控机床系统内部，并在多个传感器作用下，收集不同数据，进而对数控机床零部件实际情况加以监测。

4.2 滚动轴承故障预警方式

对滚动轴承故障进行预警以及分析，需要借助多种历史数据，并针对当前的故障主要特征，对数控机床退化问题进行全面分析。该项技术的关键部分，主要在于挖掘故障的状态以及对故障类型进行识别。首先，可以应用小波包分解方式，对不同信号进行处理，并根据不同信号特征，提升信号特征量。同时，可以记住模糊C均值聚类，对数控机床滚动轴承不同模糊状态加以识别，并在这一过程中，不断拓展研究，对数控机床故障特征加以提取。

5 结束语

数控机床自出现后，逐渐被广泛应用，并且随着现代技术发展与进步，数控机床逐渐应用在更多领域，例如航空航天、汽车以及船舶等重点行业中。随着技术不断发展以及社会各界关注，数控机床结构不断完善，具有更高运行能力。但是，在这一过程中，数控机床稳定运行，对数控机床故障因素加以诊断，需要得到重视。所以，在实际的数控机床健康状况监测工作中，要对数控机床关键技术加以分析，并结合先进技术，更好地提升监测精度，优化监测方式。只有这样，才能进一步提升数控机床监测能力，更好地提升监测质量，维护数控机床稳定运行。