13振动诊断技术在数控机床状态监测与故障诊断中应用的研究

  本文关键词：振动诊断技术在数控机床状态监测与故障诊断中应用的研究，由笔耕文化传播整理发布。

大连交通大学Ｔ学硕十学位论文；②轴向易产生振动，轴向振动幅值有时会是径向幅值的；（２）故障诊断实例；设备编号４６—２１是另外一台日本牧野公司设计制造；①测试方案；监测参数：加速度；测点布置：主传动系统结构简图及测点位置如图２．４；监测工况：主轴空转，７００转／分钟；②故障特征频率计算；机床的主传动系统由两级传动组成，传动路线如图４．；第四章数控机床振动故障诊

大连交通大学Ｔ学硕十学位论文

②轴向易产生振动，轴向振动幅值有时会是径向幅值的５０％以上。

（２）故障诊断实例

设备编号４６—２１是另外一台日本牧野公司设计制造的ＭＣｌ２１０数控加工中心，在监测时发现机床振动强度增大，于是对该机床进行了故障诊断。

①测试方案

监测参数：加速度

测点布置：主传动系统结构简图及测点位置如图２．４所示

监测工况：主轴空转，７００转／分钟

②故障特征频率计算

机床的主传动系统由两级传动组成，传动路线如图４．２４所示。转速为７００转／分时，各轴转速／转频如表４．２。

第四章数控机床振动故障诊断

③故障分析诊断

３＃测点垂直向振动速度频谱图如图４．２７所示。通过频谱分析，发现第１ＩＩ轴的旋转频率６７．５ＨＺ及高次谐波的幅值较大，有２倍频、３倍频出现，且２倍频幅值大于１倍频幅值，完全符合平行不对中的故障特征。因此，诊断认为是与电机连接的联轴器平行不对中造成的。通过加速度谱分析，没有发现齿轮故障；通过加速度包络谱分析没有发现轴承故障频率，说明主传动系统内部各零件无缺陷。经拆机检修，齿轮完好，可继续使用，主轴轴承虽有磨损但并无缺陷，联轴节的键与键槽磨损严重，与诊断结果完全吻合。

图４．２７３＃钡ｌＪ点垂直向振动速度频谱图

Ｆｉｇ．４．２７Ｎｏ．３ｐｏｉｎｔ’ｓｖｅｒｔｉｃａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｐｅｅｄａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙ

４．３．２机械松动

（１）主要故障特征

①特征频率：轴的旋转频率．ｆ及３—１０次的高次谐频；

②垂直方向振动。

（２）故障诊断实例

Ｄ０１５ＭＣＮＣ８２连杆齿型磨床是西德ＥＬＢ公司制造的，用于加工连杆与端盖结合面牙口。近期该设备状态异常，机床振动强度增大，并出现闷车现象，前托架轴承因损伤严重更换后有所改善。但时间不久，机床运行状况又出现劣化，再次进行故障诊断。

①测试方案

监测参数：速度

测点布置：主轴系统结构筒图及测点布置如图４．６所示

监测工况：随机检测

②故障特征频率测得主轴转速为７９５转／分钟，计算主轴旋转频率，＝１３．２５ＨＺ。

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＠故障分析诊断

图４２８为】＃测点垂直方向测量的速度频谱图，发现频谱图中有主轴基频ｆ及大量高次谐波出现，且幅值较大：图４．２９为３＃测点水平方向测量的速度频谱图，未见高次谐波，说明振动只在垂直方向，符合机械松动的频率特征，判断是主轴前托架有松动。维修后，重新测量ｌ＃测点垂直方向的速度频谱图如图４．３０所示，振动明显减小，且高次谐波消失，机床运行恢复正常。

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图４２９３＃测点水平方向测量的速度频谱图

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翻４３０维修后１＃测点垂直方向的速度频谱图

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４３３电机故障诊断实例

Ｍ１３８０ＢＩ抽轴主轴颈磨床是德国产数控磨床，用于曲轴主轴颈最后的磨削加工。曲轴主轴颈表面磨削后出现螺旋纹．导致产品质量不合格。为查找原因，决定对该磨床进行测试和故障诊断。

初步分折主轴颈表面螺旋纹主要是由振动产生的，必须寻找出振源，才能彻底排除故障。产，Ｅ振动的振源主要在磨头和主轴两部分，经初步测试，塘头部分运行平稳，，振动强度不大，而主轴部分振动强度偏大，因此将重点对主轴部分进行振动测量和信号分析。主轴系统结构简图及测点布置如图４３１所示。

图｛３１

Ｆｉｇ．４３ｌＭ１３８０Ｂ曲轴主轴颤磨床主ｌＩＩＩ系统结构简酗及测点ｔｆｌｉ簧ｓｔｒＬｌｃｔｕｒｅＭ１３８０Ｂｃｒａｎｋａｘｌｅｐｒｉｃｉｐｅｌａｘｉｓａｎｄｍｅ３ｓｕｒｅｐｅｉｎｌｐｏｓｉｔｉｏｎ

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通过频谱分析，发现各测点均有５０ＨＺ的频率成分，电机上的５＃、６＃测点幅值最大，图４．３２为５＃测点水平方向的速度频谱图，出现５０ＨＺ及高次谐波成分，５０ＨＺ正好是电源频率，正常情况下直流电机的图谱不应该有电源频率（５０ＨＺ）及其高次谐波存在，由此可以怀疑电机发生故障。曲轴主轴颈表面加工质量降低是因电机故障产生的振动，传到主轴，引起主轴振动所致。根据诊断结果，只拆下电机检修就排除了故障，避免了对主轴箱的盲目拆机检查。

图４．３２５＃测点水平向振动速度频谱图

Ｆｉｇ．４．３２Ｎｏ．５ｐｏｉｎｔ’Ｓｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｐｅｅｄａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍ

图４．３３、４．３４分别为１＃测点维修前、后水平方向振动速度频谱图，可见，维修后，５０ＨＺ频率成分消失。

图４．３３维修前ｌ＃测点水平向振动速度频谱图

Ｆｉｇ．４．３３Ｎｏ．１ｐｏｉｎｔ’Ｓｈｏｆｉｚｏｎｍｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｓｐｅｅｄａｎｄｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｐｅｃｔｒｕｍｂｅｆｏｒｅｍａｉｎｔａｉｎ

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