加工中心可靠性試驗的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計
〇引言加工中心作為機床的典型代表，其可靠性水平的 高低直接影響產(chǎn)品的加工質(zhì)量，可靠性是衡量一個產(chǎn) 品性能的關(guān)鍵指標(biāo)，國內(nèi)機床在這方面的表現(xiàn)卻很難 令人滿意，在很大程度上影響并限制了加工質(zhì)量，從而 使用戶在購買加工中心時猶豫不決。欲解決國產(chǎn)加工 中心的購買量和滿意度，通過不斷的可靠性試驗研究 提高其可靠性是其關(guān)鍵所在?？煽啃栽囼炇菍崿F(xiàn)可靠性設(shè)計、評價與分析的一 種可靠性研究手段。而對于加工中心這樣復(fù)雜的產(chǎn) 品，一般在產(chǎn)品的設(shè)計和研制初期存在的潛在失效和 故障的殘余量較大，這也給產(chǎn)品的可靠性提升提供了 可觀的空間。通過可靠性試驗，確定產(chǎn)品的可靠性特 性值，全面考核產(chǎn)品是否達到了預(yù)定的可靠性指標(biāo)，同 時，能夠了解產(chǎn)品在不同的工作環(huán)境條件下的失效規(guī) 律，摸清失效模式和失效機理，以便采取有效措施，提 高產(chǎn)品的可靠性)1-]。 i加工中心主軸可靠性試驗方案系統(tǒng)采取模擬實際工況的方法對加工中心進行可 靠性加載試驗，同時為了減少可靠性試驗的周期，采用 加速試驗的方法，即對加工中心主軸和進給軸加載比 實際載荷大的機械應(yīng)力，是機床模擬自身的實際工作 狀況，加工中心可靠性試驗方案如圖1所示。主要包 括主軸加載裝置、進給軸加載裝置、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和控 制計算機，進行可靠性試驗時，試驗裝置在計算機的控制下，將模擬載荷施加到主軸的模擬刀具上;通過力、 加載計數(shù)器等傳感器，將試驗機床參數(shù)和加載試驗數(shù) 據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù) 集系統(tǒng)，由 數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和傳輸?shù)接嬎銠C進行進一步的數(shù)據(jù)分析和處理，從而得到相 關(guān)的可靠性數(shù)據(jù);并將這些數(shù)據(jù)通過分析軟件建模、擬合、歸納、運算，預(yù)測出機床的可靠性指標(biāo)，找出發(fā)生故 障的主要原因和模式，實現(xiàn)進給系統(tǒng)的整體可靠性增長2加工中心可靠性試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總體 方案設(shè)計2.1數(shù)據(jù)采集總體設(shè)計方案根據(jù)加工中心可靠性試驗方案可知，數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)主要作用是采集來自可靠性試驗裝置的各類數(shù)據(jù)， 并進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換和處理，處理完成后的數(shù)據(jù)經(jīng)由相 應(yīng)的接口送人計算機作進一步的處理和計算分析。可 性試驗裝 的各類數(shù)據(jù) 包括 加載試驗數(shù) 據(jù)、進給軸(R、S=)軸加載試驗時的數(shù)據(jù)信息，由于這 些加載試驗是采取分別進行的方式。因此數(shù)據(jù)采集系 統(tǒng)在同一時間只能采集并處理一個加載試驗的數(shù)據(jù)。 數(shù)據(jù) 集系統(tǒng) 體設(shè)計方主軸加載試驗主要采集的數(shù)據(jù)有加載的扭矩和功 率、主軸加載次數(shù)、加載時間和試驗時間等，其中加載 試驗的扭矩和功率可以通過加工中心上的以太網(wǎng)直接 傳送到計算機，因此通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)只 有主軸加載時間和試驗時間，而這些數(shù)據(jù)可以通過在 主軸加載裝置上安裝接觸開關(guān)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的末端采 集。進給軸可靠性試驗包括R、S、=三個軸的加載試 驗，而且三軸的試驗分別進行，主要采集的數(shù)據(jù)包括各 軸的加載力、加載次數(shù)、加載時間、試驗總時間，其中加 載力通過在進給軸試驗裝置上安裝壓力傳感器來采 集，再通過壓力變送器轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)采集卡能夠接受的量程范圍。而加載次數(shù)、加載時間、試驗總時間的米集 跟主軸試驗類似，可以通過在加載裝置上安裝接觸開 關(guān)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集。另外，進給軸的加載力還可以 由計算機通過數(shù)據(jù)采集卡輸出模擬量，再由氣動控制 系統(tǒng)的電氣比例閥控制氣缸的輸出力來實現(xiàn)。2.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡的選擇根據(jù)以上分析，此數(shù)據(jù)采集卡應(yīng)該包括模擬量的 輸人，如加載力的模擬量并完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)字量的輸 人，如采集接觸開關(guān)輸出的數(shù)字量，還包括模擬量的輸 出，用來控制電氣比例閥電壓，從而控制進給軸的加載 力。同時采集卡還需要完成跟上位計算機的通訊。因 此，鑒于數(shù)據(jù)采集卡的這些功能，系統(tǒng)選擇研華公司的 USB數(shù)據(jù)采集卡USB4704來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集和處理。USBR704是一款研華公司的USB總線多功能數(shù)據(jù)采集卡。其先進的電路設(shè)計使得它具有更高的質(zhì)量 和更多的功能。主要包括五種最常用的測量和控制功 能# 14位A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換、數(shù)字量輸人、數(shù)字量輸 出及計數(shù)器/定時器功能。主要特點# 8路單端或4路 差分模擬量輸人，或組合方式輸人；14位A/D轉(zhuǎn)換 器，采樣數(shù)率可達48 kHz;每個通道的增益可編程;單 端或差分輸人自由組合(卡上512 Bytes采樣FIFO緩 沖器;2路12位模擬量輸出；8路數(shù)字量輸人/輸出；1 路可編程觸發(fā)器/定時器。另外，此數(shù)據(jù)采集卡采用 USB接口，即插即用，與上位計算機實現(xiàn)通訊十分方 便。3加工中心可靠性試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)硬件設(shè)計3:模擬量輸入通道設(shè)計在進行進給軸可靠性加載試驗時，加載力通過在 進給軸試驗裝置上安裝壓力傳感器來采集，壓力傳感 器采用的是環(huán)形壓力稱重器HNDJ-SS-10KN，適用于 各種軸向測力場合，雙剪切測量方式，可承受拉、壓力。 輸出對稱性好，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便，高精度、穩(wěn)定性 好。試驗時，安裝在進給裝置的氣缸活塞桿上來測量 進給軸的加載力。它的測量范圍是〇~1〇kN，需要10 ~30V的激勵電壓。因此，系統(tǒng)采用JF-300高精度稱 重變送器來實現(xiàn)對壓力傳感器的激勵，變送器輸出電 壓范圍為0?10V。具體連接如圖4所示（以Z軸加載 為例）。3.2數(shù)字量輸入和模擬量輸出通道設(shè)計數(shù)字量輸人通道主要包括主軸加載試驗用接觸開 關(guān)和進給軸加載用接觸開關(guān)，接觸開關(guān)的主要作用是 記錄加載試驗的次數(shù)，計算機接收到加載次數(shù)之后，通 過一定的運算，可以獲得試驗過程中的加載總時間和 試驗總時間。接觸開關(guān)選用的是三線制形式，4個接 觸開關(guān)與USB4704的連線如圖5所示。另外，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)還包括模擬量輸出通道，該輸 出通道為電氣比例閥提供一定大小的電壓，從而控制 進給軸氣缸的加載力大小。電氣比例閥與USB4704 的連線如 5 。3.3加工中心數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實現(xiàn)加工中心可靠性試驗的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要完成接 收來自傳感器的采集數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計算機 能夠識別的數(shù)據(jù)形式，利用USB接口將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送 人計算機進行進一步的分析與運算處理，同時機床試驗 時的扭矩、功率等參數(shù)通過以太網(wǎng)直接傳送到計算機。 組裝連線完成后的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如圖6所示。 4結(jié)論本文在分析加工中心可靠性試驗必要性的基礎(chǔ) 上，通過對加工中心可靠性試驗裝置的總體方案設(shè)計， 明確了加工中心可靠性試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的作用，進 而對加工中心可靠性試驗的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行方案設(shè) 計。通過對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所用元器件的選擇，完成了 加工中 可 性試驗數(shù)據(jù) 集系統(tǒng)的模擬量輸 通 設(shè)計、數(shù)字量輸人通道設(shè)計以及模擬量輸出通道設(shè)計， 并在此基礎(chǔ)上通過設(shè)備的組裝、連線，最終實現(xiàn)了加工 中心可靠性試驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計。本文由海天精工整理發(fā)表文章均來自網(wǎng)絡(luò)僅供學(xué)習(xí)參考，轉(zhuǎn)載請注明！