一種全程實(shí)時數(shù)據(jù)統(tǒng)計的絲杠健康保障方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種全程實(shí)時數(shù)據(jù)統(tǒng)計的絲杠健康保障方法，該方法通過數(shù)據(jù)的全程實(shí)時采集，絲杠位置區(qū)間劃分，對采集的數(shù)據(jù)分區(qū)間統(tǒng)計；求取絲杠各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)差，用標(biāo)準(zhǔn)差表征絲杠的不均衡工作狀況；判斷各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)差是否大于所設(shè)定的閾值，對絲杠的工作狀況和各區(qū)間相對健康狀態(tài)做出預(yù)測判斷。本方法可在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，不需要附加任何額外的傳感器和存儲設(shè)備，不受外界干擾，使用方便；可以監(jiān)測絲杠的不均衡工作狀況,并可提供自動預(yù)警；可用于指導(dǎo)調(diào)整工作臺的位置，避免機(jī)床工作臺在某個位置長期工作導(dǎo)致絲杠的工作狀況異常，從而延長絲杠的使用壽命。
【專利說明】
一種全程實(shí)時數(shù)據(jù)統(tǒng)計的絲杠健康保障方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于數(shù)控系統(tǒng)、機(jī)床技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種全程實(shí)時數(shù)據(jù)統(tǒng)計的絲 杠健康保障方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給傳動系統(tǒng)中，由絲杠帶動工作臺，實(shí)現(xiàn)機(jī)床工作臺的移動，絲杠 作為數(shù)控機(jī)床進(jìn)給傳動系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵部件，其工作狀況會直接影響傳動精度，若絲杠 的工作狀況出現(xiàn)異常，必將對機(jī)床的進(jìn)給傳動精度造成影響。
[0003] 實(shí)際上，絲杠在運(yùn)行過程中，由于絲杠各個位置的速度、加速度以及絲杠所受力的 大小不同，造成絲杠的各個位置處的使用情況也不同，因此數(shù)控機(jī)床在長期加工使用過程 中，工作臺在某個位置長期工作，使得這個位置處的絲杠長期使用，絲杠在全行程范圍內(nèi)處 于不均衡的工作狀態(tài)。若絲杠在全行程范圍內(nèi)長期處于不均衡的工作狀態(tài)，必將加快絲杠 的性能退化，降低絲杠的使用壽命，且會對機(jī)床的進(jìn)給傳動精度造成影響，進(jìn)而降低產(chǎn)品的 加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種絲杠健康保障方法，采用可視化的過程實(shí)現(xiàn)對絲杠全行 程范圍內(nèi)不均衡工作狀況的監(jiān)控，為操作人員對絲杠全行程的健康狀態(tài)分析、判斷并作出 維護(hù)提供指導(dǎo)。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明，提供了一種全程實(shí)時數(shù)據(jù)統(tǒng)計的絲杠健康保障方 法，其步驟包括：
[0006] (1)獲取機(jī)床運(yùn)行的實(shí)時采樣數(shù)據(jù)，包括絲杠運(yùn)行時機(jī)床進(jìn)給軸的位置、速度和負(fù) 載電流；
[0007] (2)根據(jù)精度要求，對絲杠劃分位置區(qū)間，設(shè)絲杠劃分為N個區(qū)間；
[0008] (3)將步驟（1)采集的數(shù)據(jù)，映射到劃分的各區(qū)間；統(tǒng)計各區(qū)間各采樣點(diǎn)電流標(biāo)量 值與速度標(biāo)量值乘積的累加;累加公式為：
[0009] M
[0010] 其中，Ci為第i個區(qū)間的統(tǒng)計指標(biāo)值，Iu為落入第i個區(qū)間的第j個采樣點(diǎn)的電流標(biāo) 量值，Vu為落入第i個區(qū)間的第j個采樣點(diǎn)的速度標(biāo)量值，Pi為映射到第i個區(qū)間的數(shù)據(jù)個 數(shù)。
[0011] (4)作歸一化處理，考慮到隨時間的增加，各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值會呈現(xiàn)一直增大的趨 勢，為便于分析，將步驟(3)中的各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值歸一化到[0，1]數(shù)值區(qū)間內(nèi)，歸一化公式 為：
[0013 ]其中，Mci為歸一化后的第i個區(qū)間的統(tǒng)計指標(biāo)值，Cmin為所有區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值中的 最小值，Cmax為所有區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值中的最大值；
[0014] (5)計算歸一化后的各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)差〇:
[0016]其中，y為歸一化后的各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值的算術(shù)平均值；
[0017] (6)根據(jù)〇值和Cmax確定絲杠的工作狀況：
[0018] 〇值越大，說明絲杠在整個行程范圍內(nèi)的不均衡工作程度越大，絲杠的總體工作狀 況越差；
[0019] Cmax所在的區(qū)間健康狀態(tài)最差，該區(qū)間可能會發(fā)生故障。
[0020] 進(jìn)一步的，步驟(6)中，判別〇值大小，方法是判別其是否大于預(yù)設(shè)的閾值，是則說 明絲杠的工作狀況異常;否則說明絲杠的工作狀況正常；
[0021 ]進(jìn)一步的，閾值，是根據(jù)機(jī)床的工作狀況和試驗(yàn)的絲杠傳動精度衰退并影響加工 零件尺寸精度時設(shè)定的；
[0022]進(jìn)一步的，數(shù)據(jù)實(shí)時采集、統(tǒng)計和分析在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。
[0023] 進(jìn)一步的，可將絲杠各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值用曲線或圖形顯示出，直觀觀測絲杠的不 均衡工作狀況，并預(yù)測絲杠各個區(qū)間的相對健康狀態(tài)。
[0024] 總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于對絲杠劃分 位置區(qū)間，用分區(qū)間統(tǒng)計得到的各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)差表征絲杠在整個行程范圍內(nèi)的 不均衡工作狀況，并可通過比較絲杠各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值的大小，預(yù)測絲杠各個區(qū)間的相對 健康狀態(tài)，可以取得如下有益效果：
[0025] ①機(jī)床運(yùn)行數(shù)據(jù)的全程實(shí)時采集與統(tǒng)計可在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，不需要附加任何 額外的傳感器和存儲設(shè)備，獲取的數(shù)據(jù)是數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部電控數(shù)據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)化、可靠、不受外界 干擾，使用方便；
[0026] ②可以實(shí)時監(jiān)測絲杠的不均衡工作狀況，對絲杠的不均衡工作狀況在數(shù)控裝置界 面上可視化顯示，并可提供自動預(yù)警，實(shí)現(xiàn)對數(shù)控機(jī)床絲杠的健康保障；
[0027] ③可以用于指導(dǎo)調(diào)整工作臺的位置，避免機(jī)床工作臺在某個位置長期工作導(dǎo)致絲 杠的工作狀況異常，從而延長絲杠的使用壽命。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明的實(shí)施步驟流程圖。
[0029] 圖2是具體實(shí)施例的Z軸絲杠各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值的柱狀圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要 彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。
[0031] 實(shí)施例，以機(jī)床的進(jìn)給軸Z軸為例。
[0032] -種全程實(shí)時數(shù)據(jù)統(tǒng)計的絲杠健康保障方法，其步驟依次是：
[0033] (1)獲取機(jī)床運(yùn)行的實(shí)時采樣數(shù)據(jù)，包括絲杠運(yùn)行時機(jī)床Z軸的位置、速度和負(fù)載 電流;本實(shí)施例實(shí)時獲取CK4055數(shù)控車床每天運(yùn)行十個小時，運(yùn)行十天的數(shù)據(jù)；
[0034] (2)根據(jù)精度要求，對絲杠劃分位置區(qū)間，CK4055數(shù)控車床的Z軸絲杠全行程為 440mm，以22mm為間距劃分全行程絲杠，劃分的區(qū)間數(shù)為20，位置區(qū)間為[-440，-418]、[_ 418,-396]、.?.、[-44，-22]、[-22,0];
[0035] (3)將步驟（1)采集的數(shù)據(jù)，映射到劃分的各區(qū)間；統(tǒng)計各區(qū)間各采樣點(diǎn)電流標(biāo)量 值與速度標(biāo)量值乘積的累加;累加公式為：
[0037]其中，G為第i個區(qū)間的統(tǒng)計指標(biāo)值，1^為落入第i個區(qū)間的第j個采樣點(diǎn)的電流標(biāo) 量值，為落入第i個區(qū)間的第j個采樣點(diǎn)的速度標(biāo)量值，Pi為映射到第i個區(qū)間的數(shù)據(jù)個 數(shù)。
[0038] (4)作歸一化處理，考慮到隨時間的增加，各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值會呈現(xiàn)一直增大的趨 勢，為便于分析，將步驟(3)中的各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值歸一化到[0，1]數(shù)值區(qū)間內(nèi)，歸一化公式 為：
[0040] 其中，Med為歸一化后的第i個區(qū)間的統(tǒng)計指標(biāo)值，Cmin為所有區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值中的 最小值，Cmax為所有區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值中的最大值；
[0041] (5)計算歸一化后的各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)差〇:
[0043]其中，y為歸一化后的各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值的算術(shù)平均值；
[0044] (6)根據(jù)0值和Cmax確定絲杠的工作狀況：
[0045]第一，總體判定，根據(jù)〇值越大，說明絲杠在整個行程范圍內(nèi)的不均衡工作程度越 大，絲杠的總體工作狀況越差;實(shí)踐中可以設(shè)定閾值，判別0是否大于預(yù)設(shè)的閾值，是則說明 絲杠的工作狀況異常；否則說明絲杠的工作狀況正常；閾值可根據(jù)機(jī)床的工作狀況和試驗(yàn) 的絲杠傳動精度衰退并影響加工零件尺寸精度時設(shè)定;本實(shí)施例根據(jù)CK4055數(shù)控車床的工 作狀況和試驗(yàn)絲杠傳動精度衰退對加工零件尺寸精度影響，設(shè)定的閾值為〇. 6。
[0046] 第二，區(qū)間判定，Cmax所處的區(qū)間，其健康狀態(tài)最差，可能會發(fā)生故障。
[0047] 本實(shí)施例，計算的各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值的柱狀圖如附圖2。并且，計算歸一化后的各 區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值的標(biāo)準(zhǔn)差〇值為0.368K0.6,說明絲杠的工作狀況正常。通過附圖2,可以直 觀看出C max所在的區(qū)間為[-198，-176]，可以預(yù)測，相比其他位置區(qū)間，絲杠的這個區(qū)間健康 狀態(tài)最差，可能會發(fā)生故障。
[0048] 本實(shí)施例中，數(shù)據(jù)實(shí)時采集、統(tǒng)計和分析在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。
[0049] 作為一種選擇，可將絲杠各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值用曲線或圖形顯示出，直觀觀測絲杠 的不均衡工作狀況，并預(yù)測絲杠各個區(qū)間的相對健康狀態(tài)。
[0050] 作為一種選擇，所述歸一化處理，可以采用其它方法進(jìn)行。
[0051] 此外，對機(jī)床其他進(jìn)給軸絲杠的實(shí)時數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計和分析也可采用上述方法。 [0052]本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以 限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含 在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種全程實(shí)時數(shù)據(jù)統(tǒng)計的絲杠健康保障方法，其特征在于，包括如下步驟： (1) 獲取機(jī)床運(yùn)行的實(shí)時采樣數(shù)據(jù)，包括絲杠運(yùn)行時機(jī)床進(jìn)給軸的位置、速度和負(fù)載電 流； (2) 根據(jù)精度要求，對絲杠劃分位置區(qū)間，設(shè)絲杠劃分為N個區(qū)間； (3) 將步驟（1)采集的數(shù)據(jù)，映射到劃分的各區(qū)間；統(tǒng)計各區(qū)間各采樣點(diǎn)電流標(biāo)量值與 速度標(biāo)量值乘積的累加;累加公式為：其中，C1為第i個區(qū)間的統(tǒng)計指標(biāo)值，Ilj為落入第i個區(qū)間的第j個采樣點(diǎn)的電流標(biāo)量 值，Vi j為落入第i個區(qū)間的第j個采樣點(diǎn)的速度標(biāo)量值，Pi為映射到第i個區(qū)間的數(shù)據(jù)個數(shù)。 (4) 歸一化處理，將步驟(3)中的各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值歸一化到[0，1]數(shù)值區(qū)間內(nèi)，歸一化 公式為：其中，Mci為歸一化后的第i個區(qū)間的統(tǒng)計指標(biāo)值，Cmin為所有區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值中的最小 值，Cmax為所有區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值中的最大值； (5) 計算歸一f -----------------'…μ^其中，μ為歸一化后的各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值的算術(shù)平均值； (6) 根據(jù)〇值和Cmax確定絲杠的工作狀況： σ值越大，說明絲杠在整個行程范圍內(nèi)的不均衡工作程度越大，絲杠的總體工作狀況越 差； Cmax所在的區(qū)間健康狀態(tài)最差，該區(qū)間可能會發(fā)生故障。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絲杠健康保障方法，其特征在于，步驟(6)中，判別〇值大小，方 法是判別其是否大于預(yù)設(shè)的閾值，是則說明絲杠的工作狀況異常；否則說明絲杠的工作狀 況正常;所述閾值，是根據(jù)機(jī)床的工作狀況和試驗(yàn)的絲杠傳動精度衰退并影響加工零件尺 寸精度時設(shè)定的。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的健康保障方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)實(shí)時采集、統(tǒng)計和分 析在數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的健康保障方法，其特征在于，各區(qū)間統(tǒng)計指標(biāo)值能在數(shù)控 裝置界面上以曲線或圖形化的方式可視化顯示。
【文檔編號】G06F19/00GK105893741SQ201610186983
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】周會成, 陳吉紅, 許光達(dá), 白成云, 張巖巖
【申請人】華中科技大學(xué)