磨床顫振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其磨削故障信號(hào)的提取和診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磨床顫振監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種磨床顫振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其磨削故障信號(hào)的提取方法和診斷方法。
【背景技術(shù)】
[0002]軋輥磨床為金屬切削機(jī)床，在軋機(jī)中主要用來磨削軋輥，主要由床身、頭架、尾架、托架、縱橫拖板、磨頭、測(cè)量架及電氣數(shù)控系統(tǒng)組成，分為承載系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、磨削系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)五個(gè)子系統(tǒng)，其中工件由頭架、尾架和托架支撐，并由頭架驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。磨床性能的好壞直接影響著軋輥質(zhì)量的好壞，而軋輥質(zhì)量的好壞對(duì)軋制鋼材起著至關(guān)重要的作用。磨床磨削過程中普遍存在著顫振的現(xiàn)象，主要是由刀具與工件之間的自激振動(dòng)引起的，在軋機(jī)中顫振會(huì)誘發(fā)軋輥表面產(chǎn)生振紋，降低加工精度，加劇刀具磨損，產(chǎn)生過大噪聲，甚至導(dǎo)致生產(chǎn)率的下降，并加速磨床的耗損。
[0003]目前，如何抑制磨床磨削中的顫振，保證軋輥的質(zhì)量，已成為國內(nèi)外研究的重要課題，其中顫振監(jiān)測(cè)信號(hào)的采集和診斷尤為重要。在顫振監(jiān)測(cè)信號(hào)的采集研究中，授權(quán)公告號(hào)為CN101829951B的中國發(fā)明專利《外圓磨削工件表面質(zhì)量可視化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法》中通過聲發(fā)射傳感器采集聲發(fā)射信號(hào)，利用信號(hào)的均方根建立與工件表面粗糙度關(guān)系模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)磨削質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；但該監(jiān)測(cè)方法受操作環(huán)境中各類隨機(jī)干擾較多，均方根反應(yīng)振動(dòng)能量大小，僅用均方根很難排除這些干擾，必須結(jié)合其他參數(shù)以及合理的組合方式，才能準(zhǔn)確反映磨削后軋輥表面質(zhì)量。在顫振監(jiān)測(cè)信號(hào)的采集中，研究人員往往忽視了傳感器布置位置的重要性，而實(shí)際上傳感器布置的合適與否直接關(guān)系著所測(cè)得的信號(hào)是否真實(shí)可靠，制約著磨床顫振監(jiān)測(cè)的正確性。而在顫振監(jiān)測(cè)信號(hào)的診斷中，由于磨床在磨削過程以及軋輥在軋制過程中都存在著不可避免的速度波動(dòng)情況，導(dǎo)致傳感器采集的振動(dòng)信號(hào)為非平穩(wěn)隨機(jī)信號(hào)，同時(shí)也很可能帶來頻率調(diào)制現(xiàn)象，從而掩蓋了磨削顫振信號(hào)，因此如何從振動(dòng)信號(hào)中提取和診斷磨削顫振信號(hào)還是一個(gè)難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)而提供一種監(jiān)測(cè)精度高的磨床顫振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0005]本發(fā)明所要解決的第二個(gè)技術(shù)問題是提供上述磨床顫振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的磨削故障信號(hào)的提取方法。
[0006]本發(fā)明所要解決的第三個(gè)技術(shù)問題是提供上述磨床顫振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采集的磨削故障信號(hào)的診斷方法。
[0007]本發(fā)明解決第一個(gè)技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為:一種磨床顫振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括用來采集軋輥振動(dòng)信號(hào)的第一傳感器和第二傳感器、用來控制第一、第二傳感器的監(jiān)控裝置以及用來將第一、第二傳感器采集到的軋輥振動(dòng)信號(hào)傳輸給所述監(jiān)控裝置的數(shù)據(jù)采集裝置，其中所述第一、第二傳感器均設(shè)置在磨床的尾架上，且所述第一傳感器的設(shè)置方向與磨床砂輪的進(jìn)給方向一致，而所述第二傳感器的設(shè)置方向與磨床砂輪的進(jìn)行方向垂直。
[0008]為使信號(hào)傳輸不受線路的限制，便于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，所述第一傳感器和第二傳感器均為無線傳感器。
[0009]本發(fā)明解決第二個(gè)技術(shù)問題所述采用的技術(shù)方案為:其包括以下步驟:
[0010]I)所述第一、第二傳感器采集軋輥的振動(dòng)信號(hào)；
[0011]2)所述數(shù)據(jù)采集裝置分別獲取所述第一傳感器和第二傳感器采集到的軋輥振動(dòng)信號(hào)并發(fā)送給所述檢測(cè)裝置；
[0012]3)所述監(jiān)控裝置從數(shù)據(jù)采集裝置發(fā)送的軋輥振動(dòng)信號(hào)中提取由于磨削力波動(dòng)而產(chǎn)生的故障信號(hào)。
[0013]上述步驟3)中根據(jù)磨削力表達(dá)式:
[0014]FN=kN {[ ε w(t)-a ε w(t_ τ w)]-[ ε g(t)_ ε g(t_ τ g) ]},采用包絡(luò)檢波方法從該軋輥的振動(dòng)信號(hào)中提取出磨削力波動(dòng)產(chǎn)生的故障信號(hào)，其中1%表示接觸剛度，τ g表示砂輪的時(shí)間延遲系數(shù)，\表示軋輥的時(shí)間延遲系數(shù)，eg表示砂輪的磨削量，％表示軋輥的磨削量，a表示磨削量交疊系數(shù)。
[0015]本發(fā)明解決第三個(gè)技術(shù)問題所述采用的技術(shù)方案為:其包括以下步驟:
[0016]I)根據(jù)實(shí)際要求設(shè)置所述第一、第二傳感器各監(jiān)測(cè)參數(shù)特征值對(duì)應(yīng)的閾值，包括紅燈閾值δ (R)u、黃燈閾值δ、嚴(yán)重報(bào)警閾值K1、輕微報(bào)警閾值K2以及預(yù)警閾值K3，其中δ (R)ij表示與該第i個(gè)傳感器的第j個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)特征值對(duì)應(yīng)的紅燈閾值，而δ (Y)ij表示與該第i個(gè)傳感器的第j個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)特征值對(duì)應(yīng)的黃燈閾值，δ (R)ij, δ (￥\_均為大于零的任意數(shù)值且當(dāng)1、j 一定時(shí)δ (R)ij > δ KpKjPK3均為大于零的任意數(shù)，且K1 >K2 > K3 ;
[0017]2)分別根據(jù)與所述第一傳感器和第二傳感器對(duì)應(yīng)的故障信號(hào)，計(jì)算出各個(gè)故障信號(hào)的監(jiān)測(cè)參數(shù)特征值Zu= [RMS值，峭度值，包絡(luò)值]，其中Zu表示第i傳感器的第j個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)特征值，I彡i彡2，I彡j彡3且1、j均為整數(shù)；
[0018]3)判斷Zij彡δ (R) u，設(shè)置Yij來表示各傳感器的各監(jiān)測(cè)參數(shù)特征值的相對(duì)大小，根據(jù)不同結(jié)果來設(shè)置不同的Yu值，其中Yu可設(shè)置為O或I或2 ;
[0019]4)根據(jù)公式K= Skij X Yij計(jì)算出K值，其中ku表示第i傳感器的第j個(gè)監(jiān)測(cè)參數(shù)特征值的權(quán)值，kij為區(qū)間[0，I]之間的任意數(shù)值；
[0020]5)將步驟4)中所得的K值與所述1、K2、K3進(jìn)行比較:
[0021]當(dāng)K彡K1，報(bào)警燈為紅燈，實(shí)現(xiàn)嚴(yán)重報(bào)警；
[0022]當(dāng)K1X彡K2，報(bào)警燈為橙燈，實(shí)現(xiàn)輕微報(bào)警；
[0023]當(dāng)K2>K ^ K3,報(bào)警燈為黃燈，實(shí)現(xiàn)預(yù)警報(bào)警；
[0024]否則報(bào)警燈為綠燈，表示運(yùn)行正常；
[0025]6)生產(chǎn)報(bào)警記錄。
[0026]上述步驟3)中:當(dāng)Zij彡δ (R) Ij成立時(shí)，所述Yij設(shè)置為2 ；
[0027]當(dāng)Zij彡δ (R) Jj不成立時(shí),進(jìn)一步判斷Zij彡δ (Y)ij是否成立；
[0028]當(dāng)Zij彡δ (Y) Jj成立時(shí),則Yij設(shè)置為I,否則設(shè)置為O。
[0029]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0030]1、本發(fā)明的磨床顫振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中包括第一傳感器、第二傳感器、數(shù)據(jù)采集裝置和檢測(cè)裝置，其中第一傳感器的設(shè)置方向與磨床砂輪的進(jìn)給方向一致，而第二傳感器的設(shè)置方向與磨床砂輪的進(jìn)給方向垂直，提高了第一傳感器和第二傳感器采集到的軋輥振動(dòng)信號(hào)的真實(shí)性，為監(jiān)測(cè)的高精度提供信號(hào)依據(jù)。
[0031]2、本發(fā)明采用包絡(luò)檢波法提取故障信號(hào)以及該故障信號(hào)的監(jiān)測(cè)參數(shù)特征值，這樣可更好地從軋輥振動(dòng)信號(hào)中解調(diào)出磨削故障信號(hào)，為磨床顫振的監(jiān)測(cè)診斷的高精度提供數(shù)據(jù)依據(jù)。
[0032]3、本發(fā)明的磨削故障信號(hào)診斷考慮了多種磨削故障信號(hào)的監(jiān)測(cè)參數(shù)特征值，采用多重報(bào)警的形式，較為合適地排除了現(xiàn)場出現(xiàn)的各種隨機(jī)干擾，提高了監(jiān)測(cè)精度，可使人們更好地把握磨床磨削狀況，從而提高軋輥質(zhì)量。
【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明中磨床顫振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明中第一、第二傳感器設(shè)置位置示意圖；
[0035]圖3為本發(fā)明中磨床顫振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)診斷流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0037]如圖1、2所示，用來磨削軋輥3的磨床包括頭架1、尾架2、砂輪4等結(jié)構(gòu)，其中軋輥3設(shè)置在頭架I和尾架2之間，而砂輪4沿著垂直于該軋輥3的方向進(jìn)給，對(duì)軋輥3進(jìn)行磨削。本發(fā)明中的磨床顫振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括第一傳感器7、第二傳感器8、數(shù)據(jù)采集器6和監(jiān)控裝置5，其中:該第一傳感器7和第二傳感器8均布置在該尾架2上，且第一傳感器7的布置方向與砂輪4的進(jìn)給方向相同，而第二傳感器8的布置方向與該砂輪4的進(jìn)給方向垂直，這樣可提高第一、第二傳感器7，8采集到的軋輥振動(dòng)信號(hào)的真實(shí)性；數(shù)據(jù)采集裝置6分別獲取第一傳感器7和第二傳感器7采集到的軋輥振動(dòng)信號(hào)并將振動(dòng)信號(hào)發(fā)送給該監(jiān)控裝置5 ;該監(jiān)控裝置5通過該數(shù)據(jù)采集裝置6控制該第一傳感器7和第二傳感器8工作。上述第一傳感器7和第二傳感器8均為無線傳感器，這樣可使信號(hào)的傳輸不再受到線路的限制，以便實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。
[0038]如圖3所示，上述磨床顫振監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)作過程中，首先由第一傳感器7和第