一種新的振動(dòng)監(jiān)測(cè)機(jī)床主軸的方法SeTAC（SEQUOIA IT三軸加速度傳感器）

一種有效的替代方法是基于振動(dòng)的“基于狀態(tài)的維護(hù)”（CBM），要記住主軸執(zhí)行的操作非常復(fù)雜，不同的速度和負(fù)載作用在主軸上，可能會(huì)為每個(gè)切割過(guò)程產(chǎn)生不同程度的振動(dòng)。因此，不可能像其他類(lèi)型的旋轉(zhuǎn)機(jī)器那樣，使用僅基于振動(dòng)水平的方法。SeTAC（SEQUOIA IT三軸加速度傳感器）

方法基礎(chǔ)

機(jī)床的MTBF（故障前中期）通常是根據(jù)其部件（主要是軸承）的MTBF進(jìn)行計(jì)算/估計(jì)的。

軸承的壽命可以使用ISO 281國(guó)際技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的方程式計(jì)算。

機(jī)床通常根據(jù)工藝以不同的速度運(yùn)行?？紤]到不同的運(yùn)行速度，在不考慮動(dòng)載荷變化的情況下，使用以下公式：

RPM = q1RPM1 + q2RPM2 + … + qnRPMn

式中，qn是主軸在其使用壽命內(nèi)以特定速度（RPM）工作的百分比。

通常，對(duì)于機(jī)床來(lái)說(shuō)，不同的加工過(guò)程有不同的速度。在設(shè)計(jì)階段可以引入速度的影響，或者考慮到運(yùn)行水平的編程速度，可以“重新計(jì)算”主軸的長(zhǎng)度。由于機(jī)器的不同動(dòng)態(tài)負(fù)載而產(chǎn)生的影響。

同樣的方法也可以用于改變轉(zhuǎn)速，但要對(duì)動(dòng)態(tài)負(fù)載進(jìn)行先驗(yàn)估計(jì)要困難得多。。作用在主軸軸承上的載荷是由各種原因引起的：主軸在軸承上的重量引起的靜載荷；預(yù)載引起的靜載荷；直接由發(fā)動(dòng)機(jī)或通過(guò)滑輪和齒輪傳遞的動(dòng)態(tài)載荷；轉(zhuǎn)子或刀具不平衡產(chǎn)生的動(dòng)載荷，以及切削過(guò)程產(chǎn)生的動(dòng)載荷。

可以估計(jì)前三種載荷；事實(shí)上，ISO 281和軸承生產(chǎn)商提供了計(jì)算作用在軸承上的等效動(dòng)載荷（P）的一般規(guī)則。轉(zhuǎn)子或刀具不平衡引起的負(fù)載是不可預(yù)測(cè)的，但在可接受的軸承平衡水平上考慮了一些一般規(guī)則。切割過(guò)程產(chǎn)生的載荷幾乎完全不可預(yù)測(cè)。

在軸承的設(shè)計(jì)階段，通常會(huì)考慮預(yù)測(cè)動(dòng)載荷的不確定性，引入S0安全系數(shù)，其值取決于軸承所需的工作條件。

該安全系數(shù)取決于軸承類(lèi)型（滾珠或滾柱）；為此，制造商建議使用略有不同的值：

主軸軸承的選擇通?？紤]平均S0=3，使用壽命為20000到30000小時(shí)。此外，在車(chē)間中，作為預(yù)防措施，這些值減少了2.5倍，使軸承的“平均維修時(shí)間”在8000到12000小時(shí)之間。但這種方法安全嗎？時(shí)間能縮短嗎？

通過(guò)振動(dòng)監(jiān)測(cè)提高電流負(fù)載知識(shí)

軸承和主軸上的動(dòng)載荷通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的比率與振動(dòng)（速度）直接相關(guān)。然而，由于對(duì)振動(dòng)傳感器位置、移動(dòng)質(zhì)量的高度依賴(lài)，無(wú)法在車(chē)間內(nèi)直接測(cè)量動(dòng)態(tài)載荷。

在任何情況下，可以說(shuō)，給定動(dòng)載荷P0的特定估計(jì)，不確定性可以表示為振動(dòng)的函數(shù)。我們可以將V0視為不會(huì)產(chǎn)生特定影響的振動(dòng)級(jí)；這是主軸在大部分時(shí)間應(yīng)承受的可接受水平。

測(cè)量需要哪種振動(dòng)？

如ISO 10816-3所示，速度的RMS是機(jī)器運(yùn)行時(shí)振動(dòng)嚴(yán)重程度的良好指示器。在主軸上，建議考慮所有方向上的動(dòng)載荷。因此，作為單一參數(shù)，最佳選擇是振動(dòng)三軸RMS模塊，以間接測(cè)量與作用在主軸上的動(dòng)載荷相關(guān)的所有振動(dòng)。

實(shí)際案例

所提出的方法已在一組4臺(tái)相同類(lèi)型、具有相同類(lèi)型主軸的機(jī)床上進(jìn)行了測(cè)試和評(píng)估，這些機(jī)床在多個(gè)領(lǐng)域運(yùn)行：兩臺(tái)粗加工機(jī)床、一臺(tái)普通銑削機(jī)床和最后一臺(tái)精加工機(jī)床。對(duì)于所有這些機(jī)器，盡管它們的操作不同，“平均維修時(shí)間”（MTTR）設(shè)定為8000小時(shí)，基于20000小時(shí)的估計(jì)壽命和2.5的安全系數(shù)。在每臺(tái)機(jī)床上，SeTAC（SEQUOIA IT三軸加速度傳感器）安裝了專(zhuān)用固件，能夠獨(dú)立實(shí)施提議的振動(dòng)方法，并且：測(cè)量振動(dòng)三軸RMS傳感器（SeTAC）；記住主軸承受一定程度振動(dòng)的時(shí)間；根據(jù)方程式表示的各項(xiàng)計(jì)算等效工時(shí)，并最終估算主軸的剩余壽命。隨后，可以計(jì)算振動(dòng)水平對(duì)主軸壽命減少的影響。作為參考，針對(duì)0-2 mm/s范圍內(nèi)的V0振動(dòng)水平，選擇了安全系數(shù)S0=1。正如預(yù)期的那樣，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)數(shù)據(jù)集具有良好的重復(fù)性，確認(rèn)材料中沒(méi)有引入任何特定變化；第三臺(tái)和第四臺(tái)機(jī)器的等效小時(shí)數(shù)和實(shí)際小時(shí)數(shù)之比高于其他兩臺(tái)機(jī)器。

優(yōu)化維護(hù)計(jì)劃

主軸制造商建議每8000小時(shí)（基于平均MTBF）檢查一次主軸的狀況，并注意維護(hù)。顯然，該值非常保守，因此通常不需要嚴(yán)格維護(hù)。此外，即使計(jì)劃每8000小時(shí)進(jìn)行一次維護(hù)，我們?cè)谶^(guò)去也發(fā)現(xiàn)了一些意外的斷裂，因?yàn)槲覀儾恢涝?span>8000小時(shí)內(nèi)主軸將承受的實(shí)際負(fù)載和工作。在SeTAC中實(shí)施的擬議監(jiān)測(cè)策略避免了意外中斷和不必要的維護(hù)任務(wù)。

制定維護(hù)計(jì)劃時(shí)，應(yīng)考慮20000個(gè)等效小時(shí)的限制（即8000個(gè)實(shí)際小時(shí)乘以2.5的系數(shù)，這是更關(guān)鍵的粗軋機(jī)的典型情況）。該計(jì)劃會(huì)自動(dòng)更新，因?yàn)樗紤]了主軸受到的實(shí)際振動(dòng)，并允許用戶(hù)定義因維護(hù)而安排停機(jī)的最佳時(shí)間，從而提高效率（例如，現(xiàn)在，相對(duì)于主軸精加工而言，該計(jì)劃超過(guò)50%），并大幅降低意外斷裂的風(fēng)險(xiǎn)。

自動(dòng)調(diào)整維護(hù)計(jì)劃是絕對(duì)必要的，因?yàn)閮H僅為每臺(tái)機(jī)器定義一個(gè)特定的間隔是不夠的。事實(shí)上，主軸上的振動(dòng)會(huì)受到各種參數(shù)的影響：加工材料；與切削參數(shù)相比的刀具類(lèi)型和條件；機(jī)器的磨損和狀況。