用于监测数控机床主轴的终端装置、远端装置及监测方法与流程

本发明涉及数控机床领域，尤其涉及一种用于监测数控机床主轴的终端装置、远端装置及监测方法。

背景技术：

高性能数控机床是装备制造业的技术基础和发展方向之一，其精度高、经济性能好，尤其适用于大批量、高精度要求的零件加工。主轴是数控机床的核心零部件，其工作性能很大程度上决定了零件的加工效率和质量。因此，在数控机床的加工过程中，需要实时地监测主轴的工作状态，以及时发现主轴的异常情况并对异常进行处理。

现有的主轴监测系统通常利用传感器采集主轴的数据，并通过网络将数据传输到远程服务器，由远程服务器对数据进行分析。然而，用户通过访问远程服务器查询主轴的运行状态，对于突发的异常不能及时作出反应；并且，上述信息仅存储于远端服务器，若数据传输网络发生故障，存在数据丢失的风险。

技术实现要素：

有鉴于此，有必要提出一种用于监测数控机床主轴的终端装置、远端装置及监测方法，以解决此问题。

本发明的第一方面提出一种终端装置，用于对数控机床主轴进行监测，所述终端装置包括通信单元，所述终端装置通过所述通信单元与远端装置及数控机床进行通信，所述终端装置运行有终端控制系统，所述终端控制系统包括：信息获取模块，用于获取数控机床主轴的工作状态信息；特征值比对模块，用于处理所述工作状态信息以获取所述工作状态信息中的特征值，并将所述特征值与预设的故障特征值作比对；异常判断模块，用于依据所述特征值比对模块比对的结果，判断所述主轴是否发生异常，并在确定所述主轴发生异常后生成一异常提示信息；以及信息收发模块，用于通过所述通信单元将所述异常提示信息发送至所述数控机床和所述远端装置。

本发明的第二方面提出一种远端装置，用于对数控机床主轴进行监测，所述远端装置包括通信单元和显示单元，所述远端装置通过所述通信单元与至少一个终端装置进行通信，所述远端装置运行有远端控制系统，所述远端控制系统包括：信息收发模块，用于接收所述终端装置发出的异常提示信息，所述异常提示信息包括主轴的工作状态信息；异常诊断模块，用于对异常进行诊断，生成一分析报告；以及显示控制模块，用于控制显示单元显示所述分析报告。

本发明的第三方面提出一种数控机床主轴的监测方法，应用于终端装置与远端装置中，所述方法包括以下步骤：

所述终端装置获取数控机床主轴的工作状态信息；

所述终端装置获取所述工作状态信息中的特征值，并将所述特征值与预设的故障特征值作比对；

所述终端装置判断所述主轴是否发生异常，并在确定所述主轴发生异常后生成一异常提示信息；

所述终端装置将所述异常提示信息发送至数控机床及所述远端装置。

本发明的第四方面提出一种数控机床主轴的监测方法，应用于终端装置与远端装置中，所述方法包括以下步骤：

所述远端装置接收所述终端装置发出的主轴异常提示信息，所述异常提示信息包括主轴的工作状态信息；

所述远端装置对异常进行诊断，生成一分析报告；

所述远端装置控制显示单元显示所述分析报告。

上述数控机床主轴的监测方法利用终端装置快速判断数控机床主轴是否有异常，并将异常提示信息发送至远端装置；所述监测方法还利用远端装置对数控机床主轴的异常作综合诊断，生成并显示分析报告。因此，所述终端装置与所述远端装置相互配合，同时实现了数控机床主轴监测的快速性和准确性。

附图说明

图1为本发明一实施方式中终端装置与远端装置的网络环境示意图。

图2为本发明一实施方式中终端装置的功能模块示意图。

图3为本发明一实施方式中远端装置的功能模块示意图。

图4为本发明一实施方式中的数控机床主轴的检测方法的流程图。

主要元件符号说明

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

请参阅图1，为本发明一较佳实施方式中终端装置10与远端装置20的网络环境示意图。所述终端装置10与数控机床30进行通信连接，且所述远端装置20与至少一所述终端装置10进行通信连接。所述终端装置10与所述远端装置20用于监测和分析数控机床30中的数控机床主轴的运行状态。

所述终端装置10至少包括第一处理器11、第一存储器12和第一通信单元13，所述第一存储器12和所述第一通信单元13分别与所述第一处理器11电性连接。在本实施方式中，所述第一处理器11、第一存储器12、第一通信单元13可集成到同一设备上。

所述第一处理器11可以是中央处理器(centralprocessingunit,cpu)、微处理器或其他数据处理芯片等，适于实现各指令。

所述第一存储器12存储终端装置10中的各类数据，例如程序代码等，并在终端装置10的运行过程中实现高速、自动地完成程序或数据的存取。

所述第一存储器12还存储有数控机床主轴的历史数据、典型的故障特征值，以及触发预警的预设条件，所述预设条件可包括故障特征值的阈值。

所述第一存储器12可为硬盘、软盘、u盘、随机存取存储设备等。

在至少一实施方式中，所述第一存储器12可以是内部存储系统，例如闪存，随机读取存储设备ram，可读取的存储设备rom。

在至少一实施方式中，所述第一存储器12还可以是一个存储系统，例如影碟，存储卡，或者数据存储媒介。所述第一存储器12还包括不稳定或者稳定的存储设备。

所述第一通信单元13可以通过有线或无线的通信方式与所述远端装置20及所述数控机床30进行通信。

所述远端装置20至少包括第二处理器21、第二存储器22、第二通信单元23、显示单元24和输入单元25，所述第二存储器22、所述第二通信单元23、所述显示单元24与所述输入单元25分别与所述第二处理器21电性连接。在本实施方式中，所述远端装置20可以包括一台或多台个人计算机。

所述第二处理器21可以是cpu、微处理器或其他数据处理芯片等，适于实现各指令。

所述第二存储器22存储远端装置20中的各类数据，例如程序代码等，并在远端装置20的运行过程中实现高速、自动地完成程序或数据的存取。

所述第二存储器22中还存储有数控机床主轴的综合特征值库，数控机床主轴的历史状态数据，以及数控机床主轴的历次故障诊断信息等。

所述第二存储器22可为硬盘、软盘、u盘、随机存取存储设备等。

在至少一实施方式中，所述第二存储器22可以是内部存储系统，例如闪存，随机读取存储设备ram，可读取的存储设备rom。

在至少一实施方式中，所述第二存储器22还可以是一个存储系统，例如影碟，存储卡，或者数据存储媒介。所述第二存储器22还包括不稳定或者稳定的存储设备。

所述第二通信单元23用于与至少一个终端装置10中的第一通信单元13进行通信，以使远端装置20与所述至少一个终端装置10通信连接。

所述显示单元24用于显示第二处理器21处理后的各种信息，所述显示单元24可为显示器、触摸屏等。

所述输入单元25用于接收使用者输入的各种信息，所述输入单元25可包括键盘、鼠标、触摸屏等。

请同时参阅图1与图2，图2为本发明一实施方式中终端控制系统1的模块示意图。所述终端控制系统1应用于所述终端装置10上。所述终端控制系统1包括由多个程序代码段组成的功能模块。所述终端控制系统1中的各个程序段的程序代码可以存储于所述第一存储器12中，并由所述第一处理器11所执行，以实现上述终端控制系统1的功能。所述终端控制系统1至少包括信息获取模块101、特征值比对模块102、异常判断模块103及第一信息收发模块104。

所述信息获取模块101用于接收数控机床30发出的数控机床主轴的各种工作状态信息。所述工作状态信息可由装设于数控机床30上的传感器单元31所采集，并由数控机床30发送至信息获取模块101，所述传感器单元31包括加速度传感器、温度传感器、位移传感器、电流传感器及接近传感器中的一种或多种，所述工作状态信息包括主轴振动信息、工作电流信息、轴承信息及电机温度信息中的一种或多种。所述工作状态信息还包括数控机床主轴的驱动信息，所述驱动信息包括数控机床主轴的转速、扭矩、功率等信息中的一种或多种。

所述特征值比对模块102用于处理数控机床主轴的工作状态信息以获取所述工作状态信息中的特征值，并将特征值与预设的故障特征值作比对。

例如，所述特征值比对模块102对轴承振动信号做快速傅里叶变换，得到轴承振动的频域信息，从中提取出与主轴轴承故障相关的多个特征频率，并将所述多个特征频率与第一存储器12中预设的历史数据及故障特征值进行比对。

所述异常判断模块103用于依据所述特征值比对模块102比对的结果，判断数控机床主轴是否发生异常，并在确定所述终端装置10发生异常后，根据所述异常情况生成一异常提示信息。

在至少一实施方式中，所述异常判断模块103用于依据所述特征值比对模块102比对的结果，结合触发预警的预设条件，判断数控机床主轴是否发生异常。

所述第一信息收发模块104用于通过第一通信单元13收发各种信息，包括：将所述异常提示信息反馈至数控机床，以及将所述提示信息发送至远端装置20。

请同时参阅图1与图3，图3为本发明一实施方式中远端控制系统2的模块示意图。所述远端控制系统2应用于所述终端装置10上。所述远端控制系统2包括由多个程序代码段组成的功能模块。所述远端控制系统2中的各个程序段的程序代码可以存储于所述第二存储器22中，并由所述第二处理器21所执行，以实现上述远端控制系统2的功能。所述远端控制系统2至少包括异常诊断模块201、显示控制模块202及第二信息收发模块203。

所述异常诊断模块201用于对所述异常进行诊断，以分析异常情况中数控机床主轴发生故障的位置、原因、性质、严重程度以及主轴中轴承的预测寿命中的一种或多种。

在本实施方式中，所述异常诊断模块201主要用于对主轴的滚动轴承的故障进行判断。从振动信号可判断的故障类型主要包括轴承部件故障，以及润滑不良、不对中、不平衡等使用不当引起的故障。所述轴承部件包括内圈、外圈、滚动体和保持架等。所述异常诊断模块201所使用的方法可包括时域-频域方法、小波分析方法、神经网络方法等方法中的一种或多种。

在时域-频域方法中，时域信号分析主要用于判断轴承故障的有无及严重程度，频域信号是从时域信号变换(傅里叶变换)而来的，由于轴承各个部件的故障会表现在频率信号的不同频率上，频域分析方法可用于判断轴承故障部位，以及不平衡和不对中故障。

小波分析方法的基本思想与傅里叶变换一致，不同的是，小波方法将时域信号分解之后，对特定频域进行更精细的分析，能够实现轴承的早期故障识别。

神经网络方法直接对轴承振动信号进行分析，可实现轴承故障的自动诊断，无需技术人员参与。神经网络需要通过特定数据进行训练，以完成对轴承故障的精细诊断，包括故障位置、性质及严重程度等。本实施方式中，神经网络方法暂用于轴承故障的初步诊断，供技术人员参考；随着故障数据的不断累积，神经网络方法的诊断准确率也将逐渐提高。

所述异常诊断模块201通过轴承的劣化趋势分析预测轴承的寿命。轴承的劣化趋势分析是指从轴承过去和现在已知的情况出发，来推测轴承故障的发展过程。一般来说，轴承的损坏是一个渐变的过程，在其状态劣化的过程会体现在轴承的各项工作状态信息上(温度、振动值等)，根据监测所得的历史数据，可判断轴承当前的状态和对其寿命的预测。对滚动轴承而言，磨损是引起失效的主要原因。由于磨损加剧会导致振动加剧，因此使用振动幅值作为参数，利用最小二乘拟合曲线法进行早期故障识别和寿命预测。拟合曲线法需要对已有的数据进行分析，得出拟合方程(该方程需进行相关度检验)，然后将当前数据代入后得出诊断结果。

所述异常诊断模块201还用于依据对所述异常的诊断，生产一分析报告，并将所述分析报告存储于第二存储器22中。所述分析报告包括数控机床主轴发生故障的位置、原因、性质、严重程度及主轴中轴承的预测寿命中的一种或多种。

所述显示控制模块202用于控制显示单元24显示所述分析报告。

所述第二信息收发模块203用于收发各种信息，包括接收终端装置10发出的异常提示信息，将所述分析报告发送至所述终端装置，以及接收用户的访问请求，并将所述访问请求发送至显示控制模块202。

请参照图4，图4为本发明一实施方式中数控机床主轴的监测方法的流程图。所述数控机床主轴的监测方法仅是一种示例，因为有很多种实施所述方法的方式。接下来要描述的数控机床主轴的监测方法能够被图2、图3所示的模块所执行。图4中每一个图块代表的一个或者多个步骤，方法或者子流程等由示例方法所执行。示例方法由步骤s410开始。

步骤s410：终端装置10获取数控机床主轴的工作状态信息。

具体地，终端装置10的信息获取模块101获取数控机床主轴的各种工作状态信息。所述工作状态信息可由装设于数控机床30上的传感器单元31所采集并由所述数控机床30发送至所述信息获取模块101，所述工作状态信息包括主轴振动信息、工作电流信息、轴承信息及电机温度信息中的一种或多种。在本实施方式中，所述工作状态信息还包括数控机床30发出的数控机床主轴的驱动信息，所述驱动信息包括数控机床主轴转速、扭矩、功率等信息中的一种或多种。

步骤s420：所述终端装置10获取所述工作状态信息中的特征值，并将特征值与预设的故障特征值作比对。

具体地，终端装置10的特征值比对模块102处理工作状态信息以获取所述工作状态信息中的特征值，并将特征值与预设的故障特征值作比对。

步骤s430：所述终端装置10判断所述数控机床主轴是否发生异常。

具体地，终端装置10的异常判断模块103依据所述特征值比对模块102比对的结果，判断数控机床主轴是否发生异常。若为是，则进入步骤s440；若为否，则回到步骤s410。

在至少一实施方式中，终端装置10的异常判断模块103还结合触发预警的预设条件来判断所述数控机床主轴是否发生异常。例如，判断异常的特征值是否达到了阈值。

步骤s440：所述终端装置10根据所述异常生成一异常提示信息并将所述异常提示信息发送至数控机床和远端装置20。

具体地，终端装置10的异常判断模块103根据所述异常情况生成一异常提示信息，所述第一信息收发模块104将所述异常提示信息反馈至数控机床，以及通过第一通信单元13将所述异常提示信息发送至远端装置20。

步骤s450：所述远端装置20接收所述异常提示信息并诊断所述异常，生成一分析报告。

具体地，所述远端装置20的第二信息收发模块203接收所述异常提示信息，所述异常诊断模块201依据接收到的异常提示信息对所述异常进行诊断，以分析数控机床主轴发生故障的位置、原因、性质、严重程度、轴承的预测寿命中的一种或多种，所述远端装置20的异常诊断模块201还依据对所述异常的诊断生成一分析报告，将所述分析报告存储于第二存储器22中。

例如，所述异常诊断模块201利用小波分析方法，将振动信号的时域信号转换到时频域，并放大局部频域信息，以实现轴承故障的早期诊断。

步骤s460：所述远端装置20对所述分析报告进行显示。

所述远端装置20的显示控制模块202控制显示单元24显示所述分析报告，以便于远端装置20处的用户查看所述分析报告，及时处理所述异常。

可以理解，在其他实施方式中，所述远端装置20的第二信息收发模块203接收用户通过输入单元25输入的访问请求，显示控制模块202依据所述访问请求控制显示单元24显示所述分析报告。

可以理解，在其他实施方式中，由于终端装置10与远端装置20可独立运作，所述监测方法可仅包括步骤s410～s440，或仅包括步骤s450～s460。

上述数控机床主轴的监测方法利用终端装置10快速判断数控机床主轴是否有异常，并将异常提示信息发送至远端装置20；所述监测方法还利用远端装置20对数控机床主轴的异常作综合诊断，包括故障原因分析、轴承的预测寿命等，生成并显示分析报告。上述监测方法能够对数控机床主轴的工作状态进行监测和预警，可有效提高生产效率，降低维护时间成本。终端装置10与远端装置20既能相互独立运作，又能协同运作，同时实现了数控机床主轴监测的快速性和准确性。

尽管对本发明的优选实施方式进行了说明和描述，但是本领域的技术人员将领悟到，可以作出各种不同的变化和改进，这些都不超出本发明的真正范围。因此期望，本发明并不局限于所公开的作为实现本发明所设想的最佳模式的具体实施方式，本发明包括的所有实施方式都有所附权利要求书的保护范围内。