本发明涉及一种检测机床运动部件故障的装置，尤其涉及具有在线检测机床运动部件故障的装置。 机床运动部件的故障常影响被加工工件表面质量，如在不打开机床主轴箱的情况下，如何找出其各迥转部件的故障源等，是长期来人们共同关心的问题。近年来，人们一般采用声学传感器、光学传感器、电磁感应传感器、加速度传感器等将机床加工中各种信号采集后进行处理分析，从而找出其故障源。这些方法虽然在信号的处理和分析上取得一定的成绩，但由於所采集的信号置信度差，而且频响范围窄、传感器安装工艺要求高等，因此其结果大多不能令人满意。
本发明的目的是提供一种机床运动部件故障检测装置，它具有所采集的信号置信度高、频响范围宽、传感器结构简单、安装工艺低，而且具有在线检测功能，可正确、迅速找出被测机床运动部件影响被加工工件表面质量的故障源。
根据上述目的，本发明提供的机床运动部件故障检测装置由热电势信号传感器、同步信号传感器、辅助电极、信号予处理器、数字计算机和显示器、记录仪组成，热电势信号传感器、同步信号传感器、辅助电极分别接信号予处理器，信号予处理器接数字计算机，数字计算机分别接显示器、记录仪，热电势信号传感器由合金刀具和被切金属工件构成，合金刀具和被切金属工件分别固定在机床上，被切金属工件与机床之间相导通，合金刀具与机床之间相绝缘，合金刀具作信号输出端，机床作接地端，信号予处理器由两只衰减器、抗干扰放大器、低通滤波器、放大器、限幅指示器、模数转换器、脉冲发生器构成，两只衰减器的输入端分别接合金刀具和辅助电极，其输出端接抗干扰放大器的输入端，抗干扰放大器的输出端接低通滤波器的输入端，低通滤波器的输出端接放大器的输入端，放大器的输出端分别接限幅指示器和模数转换器的输入端，模数转换器的输出端接数字计算机的输入端，同步信号传感器的输出端接脉冲发生器的输入端，脉冲发生器的输出端接数字计算机的输入端。本装置在检测时，被测机床作切削加工，合金刀具和被切金属工件之间即形成一对自然热电偶，其热电势地大小由机床、被切金属工件、合金刀具、信号予处理器等构成的串联回路得以量度。当机床切削速度、进给量、切削深度一定时其热电势应是一个常量，如当切削深度和进给量一定，而由於机床主轴箱内某回转部件存在故障而产生异常运动，并反映到切削速度发生变化时，其热电势大小也会相应地产生波动，该种波动恰是机床加工运动中因主轴箱内回转部件的故障而影响被切金属工件表面质量的信息源。因此本装置利用合金刀具和被测金属工件构成的热电势信号传感器，直接从切削微区拾取热电势信号作有用信号，同时为了使数字计算机在处理信号时有一时间基准，故采用同步信号传感器拾取被测机床主轴回转周期脉冲信号，此外为消除电网干扰信号，采用辅助电极拾取电网引入的干扰信号。上述三种信号同时输入信号予处理器，经处理后去掉干扰信号得到有用数字信号和周期脉冲序列，然后输入数字计算机，此外需将被测机床传动链结构清单输入数字计算机，经数字计算机处理后即可通过显示器、记录仪得到故障清单。
上述装置的合金刀具与机床之间也可相导通，而被切金属工件与机床相绝缘，被切金属工件作信号输出端，机床作接地端。
为了方便地从合金刀具或被测金属工件上取得热电势信号，可增加一由两块铜或铝片中间隔绝缘体组成的信号采集电极，其中一块铜或铅片接合金刀具或被切金属工件作信号输出端，另一块铜或铝片接机床作接地端。
由本发明的上述内容可知，它的优点在於利用合金刀具在切削金属工件时形成的自然热电势作有用信号，因此信号直接来源於切削微区，故其置信度较高、频响范围宽，而且传感器特别简单、安装工艺低，并具有在线检测功能，成功地实现了检测的实时性与真实性，可以准确、迅速找出被测机床运动部件影响加工工件表面质量的故障源。
下面对本发明的最佳实施例进行详细描述，以便对本发明有进一步的了解。
图一为本发明提供的机床运动部件故障检测装置的工作原理框图。
图二为本发明提供的机床运动部件故障检测装置的热电势信号传感器示意图。
图三为本发明提供的机床运动部件故障检测装置的信号予处理器工作原理框图。
参见图一，从图可知本图的被测机床是以车床为例。当车床作切削加工时，可通过热电势信号传感器1可获得热电势作为有用信号。同步信号传感器2是采用光电传感器，为使该传感器获得信号，需在车床主轴上画一色线，当主轴转动时，同时信号传感器2即可获得主轴回转周期脉冲信号。辅助电极3是一铜片固定在本车床尾架上，可从尾架上获得电网的干扰信号。上述三种信号同时输入信号予处理器4，经予处理后获得有用数字信号和车床主轴回转周期脉冲序列送入数字计算机5，为了故障寻迹需将被测车床的传动链结构清单即传动关系、各齿轮齿数、各轴承结构参数等通过人机对话方式或软盘方式输入数字计算机5。数字计算机5获得上述三种信号后，对有用数字信号进行快速富里埃分析，得到其故障频谱，对周期脉冲序列进行运算，得到其序列周期，对被测车床传动链结构清单参考上述序列周期进行运算，得到被测车床各运动部件的周期，然后将有用数字信号分别按序列周期和被测车床各运动部件的周期在时间域内进行功率平均运算，得到各运动部件上的故障信号功率分布，最后再将上述故障频谱与故障信号功率分布对比检出各故障源上的故障分布状况，并通过显示器6、记录仪7得到被测车床故障清单。
参见图二，由图可知被测机床也是以车床为例。被切金属工件17固定在车床夹头上，被切金属工件17与机床相导通，合金刀具18固定在刀架上，合金刀具18与刀架之间有一绝缘体22相绝缘。为了使用方便在合金刀具18下端增加了一由两铜片19、21中间隔绝缘体20组成的信号采集电极，铜片19作为热电势信号输出端，铜片21作为接地端，当车床作切削加工时，合金刀具18和被切金属工件17自然形成一对热电偶，其热电势信号由铜片19输出。
参见图三，热电势信号传感器输出的热电势信号U1和辅助电极电极输出的U3分别输入衰减器8、9，经衰减后，得到U11、U31送入由F007运放组成的抗干扰放大器10中，抗干扰放大器10具有较高的共模抑制能力，故能将大部份干扰信号抑制，从而可获得有用信号U12。为提高有用信号U12的保真度，故将U12送入由0-2KHz、0-25Hz、0-50Hz、0-5Hz四频段组成的低通滤波器11，经滤波后，得到高保真度的有用信号的U13。由於U3信号较小故送入放大倍数为40-80分贝的放大器12（由一只5G28、三只F007运放组成）进行放大，经放大后得到U14，U14是有用模拟信号，为了使有用模拟信号U14能在数字计算机中进行处理，需经模数转换器15转换成数字信号I，并将I送入数字计算机。此外为保证放大器12输出不失真，U14除送入模数转换器15之外，同时也送入由LM324和二个发光二极管组成的限幅指示器13中作为信号幅度指示用，当放大器12输出失真时发光二极管导通，此时可调节衰减器8，保证放大器12输出不失真。同步信号传感器输出的同步信号U2送入脉冲发生器14，脉冲发生器14是由LM324构成，经脉冲发生器14后得到周期脉冲序列Ⅱ，并将Ⅱ送入数字计算机。