一種數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀裝置的故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于故障診斷方法技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀裝置 的故障診斷方法，該方法基于多分量稀疏分離算法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前，我國(guó)裝備制造水平大幅提升，主機(jī)和重大裝備的集成能力得到顯著增強(qiáng)，但 與此同時(shí)重大裝備和主機(jī)產(chǎn)品的應(yīng)用條件日趨超常態(tài)與惡劣，對(duì)配套的"三基"產(chǎn)品一機(jī)械 基礎(chǔ)零部件、基礎(chǔ)制造工藝和基礎(chǔ)材料均提出了更高的要求。我國(guó)"三基"產(chǎn)業(yè)發(fā)展嚴(yán)重滯 后于主機(jī)并被固化在產(chǎn)業(yè)鏈的中低端，"三基"產(chǎn)品已成為制約我國(guó)重大裝備和高端裝備發(fā) 展的瓶頸。2011年11月，工業(yè)和信息化部印發(fā)了《機(jī)械基礎(chǔ)件、基礎(chǔ)制造工藝和基礎(chǔ)材料 產(chǎn)業(yè)"十二五"發(fā)展規(guī)劃》，明確指出要通過(guò)五年時(shí)間形成主機(jī)協(xié)同發(fā)展的產(chǎn)業(yè)局面，滿足重 大裝備和高端裝備對(duì)機(jī)械基礎(chǔ)件、基礎(chǔ)制造工藝和基礎(chǔ)材料的需求，改善"三基"產(chǎn)業(yè)發(fā)展 嚴(yán)重滯后的局面。該規(guī)劃明確將與重大裝備和高端裝備配套的傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)部件制造列為重點(diǎn) 發(fā)展項(xiàng)目。
[0003] 數(shù)控加工中心是目如廣量最尚、應(yīng)用最廣泛的裝備制造母機(jī)，是尚端機(jī)械制造業(yè) 的基礎(chǔ)裝備，其自動(dòng)換刀裝置就成為了"三基"產(chǎn)業(yè)的重要組成部分。高檔數(shù)控加工中心廣 泛使用弧面凸輪驅(qū)動(dòng)自動(dòng)換刀裝置實(shí)現(xiàn)快速換刀操作，要求平均無(wú)故障間隔工作時(shí)間達(dá)到 5萬(wàn)小時(shí)以上，且要求刀到刀之間的換刀時(shí)間小于1秒。數(shù)控加工中心在換刀時(shí)自動(dòng)換刀裝 置與刀具執(zhí)行的動(dòng)作多、速度快，且對(duì)定位的準(zhǔn)確性要求高，尤其是在復(fù)雜零件的加工過(guò)程 中，自動(dòng)換刀裝置要頻繁更換刀具，不僅要實(shí)現(xiàn)對(duì)刀庫(kù)取刀和還刀，還要實(shí)現(xiàn)對(duì)主軸換刀和 卸刀。在換刀過(guò)程中既有平移運(yùn)動(dòng)，還有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使得自動(dòng)換刀裝置在運(yùn)行過(guò)程中不可避 免地發(fā)生性能衰退，影響換刀質(zhì)量及加工裝備的可靠性，成為加工中心的薄弱環(huán)節(jié)。但是現(xiàn) 今對(duì)數(shù)控加工中心的狀態(tài)監(jiān)測(cè)卻大多集中于刀具監(jiān)測(cè)和主軸監(jiān)測(cè)之上，而對(duì)于易損壞且對(duì) 產(chǎn)品加工質(zhì)量有重要影響的自動(dòng)換刀裝置卻少有人研宄其狀態(tài)監(jiān)測(cè)。實(shí)際上，自動(dòng)換刀裝 置的故障診斷十分重要，不僅可以彌補(bǔ)數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀裝置故障診斷的空白，而且 可以為我國(guó)數(shù)控機(jī)床行業(yè)的"三基"產(chǎn)業(yè)奠定重要基礎(chǔ)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的技術(shù)問(wèn)題，提供了一種數(shù)控加工中心自動(dòng)換 刀裝置的故障診斷方法。
[0005] 本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的：一種數(shù)控加工中 心自動(dòng)換刀裝置的故障診斷方法，自動(dòng)換刀裝置包括設(shè)置有從動(dòng)軸和組合凸輪的箱體，組 合凸輪即弧面凸輪和平面槽凸輪的組合，所述故障診斷方法為：（1)在箱體上用于安裝組 合凸輪的軸孔處設(shè)置第一加速度傳感器，在箱體底部用于安裝從動(dòng)軸的軸孔處設(shè)置第二加 速度傳感器，正常運(yùn)轉(zhuǎn)的測(cè)試條件下使用兩個(gè)加速度傳感器對(duì)自動(dòng)換刀裝置抓刀、拔刀、換 刀、插刀及復(fù)位五個(gè)基本動(dòng)作中從動(dòng)軸和組合凸輪的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，得到振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)； (2)利用多分量稀疏分離算法處理所采集的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，提取振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)中能夠反映 故障特征的沖擊分量；（3)由提取出的沖擊分量結(jié)合弧面凸輪和平面槽凸輪的工作循環(huán) 圖，分析并確診自動(dòng)換刀裝置的故障。
[0006] 其中，步驟⑵具體為：
[0007] 在步驟（1)的測(cè)試條件下，結(jié)合自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)特征，可知振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)由 沖擊分量、諧波分量和噪聲組成，即X = xH+Xp+n ;
[0008] 借助于形態(tài)學(xué)成分分析的思想，假設(shè)χΗ和X P分別由冗余字典φ H和φ P稀疏表示， 利用多分量稀疏分離算法找出一組稀疏系數(shù)％和W P使其滿足;
[0009] 而基于凸優(yōu)化理論，系數(shù)％和W P可利用I i-范最小化問(wèn)題求解，表示如下：
[0010]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀裝置的故障診斷方法，自動(dòng)換刀裝置包括設(shè)置有從動(dòng)軸 和組合凸輪的箱體，組合凸輪即弧面凸輪和平面槽凸輪的組合，其特征在于所述故障診斷 方法為：（1)在箱體上用于安裝組合凸輪的軸孔處設(shè)置第一加速度傳感器，在箱體底部用 于安裝從動(dòng)軸的軸孔處設(shè)置第二加速度傳感器，正常運(yùn)轉(zhuǎn)的測(cè)試條件下使用兩個(gè)加速度傳 感器對(duì)自動(dòng)換刀裝置抓刀、拔刀、換刀、插刀及復(fù)位五個(gè)基本動(dòng)作中從動(dòng)軸和組合凸輪的振 動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，得到振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)；（2)利用多分量稀疏分離算法處理所采集的振動(dòng)響應(yīng)信 號(hào)，提取振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)中能夠反映故障特征的沖擊分量；（3)由提取出的沖擊分量結(jié)合弧 面凸輪和平面槽凸輪的工作循環(huán)圖，分析并確診自動(dòng)換刀裝置的故障。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀裝置的故障診斷方法，其特征在于 所述步驟（2)具體為： 在步驟（1)的測(cè)試條件下，結(jié)合自動(dòng)換刀裝置的結(jié)構(gòu)特征，可知振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)由沖擊 分量、諧波分量和噪聲組成，即X = xH+xP+n ; 借助于形態(tài)學(xué)成分分析的思想，假設(shè)χΗ和Xp分別由冗余字典Φ H和Φ P稀疏表示，利用 多分量稀疏分離算法找出一組稀疏系數(shù)％和w p使其滿足
而基于凸優(yōu)化理論，系數(shù)％和w p可利用I i-范最小化問(wèn)題求解，表示如下： 式⑴
為實(shí)現(xiàn)對(duì)式（1)的優(yōu)化求解，利用拉格朗日乘數(shù)法，給定一個(gè)合適的拉格朗日算子，將 式（1)所示的約束優(yōu)化問(wèn)題轉(zhuǎn)換為式（2)所示的無(wú)約束優(yōu)化問(wèn)題，即
對(duì)于式（2)，采用調(diào)Q小波來(lái)稀疏的表示諧波分量，采用多小波來(lái)稀疏的表示沖擊分 量，采用分裂增廣拉格朗日收縮算法求解， 設(shè)向量函數(shù)
滿足下述兩尺度關(guān)系，BP
式中： r--多小波函數(shù)的重?cái)?shù)， L2(R)1一一r重平方可積實(shí)數(shù)空間， {Hk}，k = 0, 1，"·，Μ-一rXr的兩尺度矩陣序列，稱為r重尺度函數(shù)。
【專利摘要】一種數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀裝置的故障診斷方法，在箱體上用于安裝組合凸輪的軸孔處設(shè)置第一加速度傳感器，在箱體底部用于安裝從動(dòng)軸的軸孔處設(shè)置第二加速度傳感器，正常運(yùn)轉(zhuǎn)的測(cè)試條件下使用兩個(gè)加速度傳感器對(duì)自動(dòng)換刀裝置抓刀、拔刀、換刀、插刀及復(fù)位五個(gè)基本動(dòng)作中從動(dòng)軸和組合凸輪的振動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，得到振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)；利用多分量稀疏分離算法處理所采集的振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)，提取振動(dòng)響應(yīng)信號(hào)中能夠反映故障特征的沖擊分量；由提取出的沖擊分量結(jié)合弧面凸輪和平面槽凸輪的工作循環(huán)圖，分析并確診自動(dòng)換刀裝置的故障，可以對(duì)數(shù)控加工中心自動(dòng)換刀裝置的維護(hù)、安排調(diào)整檢修計(jì)劃給出指導(dǎo)性建議，減少非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間，提高生產(chǎn)線經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。
【IPC分類】B23Q3-155, G06F19-00, B23Q17-12
【公開(kāi)號(hào)】CN104669060
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510031224
【發(fā)明人】徐本其, 陳雪峰, 辛偉
【申請(qǐng)人】南大（浙江）環(huán)保科技有限公司
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月22日