機床上的核心部件是主軸。主軸的工作狀態(tài)受一系列與時間有關的影響因素的制約，如溫度、轉數、外部負荷、軸向及徑向振動或者環(huán)境條件等。過去做過許多試驗，以采集主軸不穩(wěn)定的工作狀態(tài)。因此，如今幾乎所有快速旋轉的主軸都按標準配置了傳感器，用以測量軸承部位和馬達線圈上的溫度，個別機床還在主軸頭上配置了軸向和徑向移位傳感器，在軸承部位裝配了振動傳感器。此外還有監(jiān)控刀具夾緊狀態(tài)的傳感器以及位置傳感器和內部控制信號。

　　盡管如此，迄今主軸診斷系統(tǒng)在實踐中經受住考驗的卻。原因并不在于傳感器信息不足，而在于缺少數據壓縮和數據處理的智能算法，在于傳感器對干擾的敏感性太高。所以，診斷系統(tǒng)的zui大挑戰(zhàn)依舊是，對生產設備進行可靠而無錯誤報警的監(jiān)控，從而使*生產成為可能。

　　那么，以什么樣的方式才能對主軸的測量數據進行有效地采集、分析處理并將它們相互關聯起來呢？哪些數據是提供主軸狀態(tài)的明確信息呢？主軸制造廠家和用戶對高能機床主軸診斷系統(tǒng)的興趣有增無減。

　　聯邦科研部BMBF的ISPI智能主軸單元項目深入探討了這些問題，研究了高能機床主軸診斷系統(tǒng)的初步思路。為此在兩條試驗主軸上安裝了許多傳感器和執(zhí)行器，以便用傳感方式采集主軸的臨界工作狀態(tài)，并借助執(zhí)行器加以調節(jié)。比如內裝的加速傳感器用于對振動進行測量，DMS測力環(huán)則測量預拉力。一體化內置的執(zhí)行機構包括壓電陶瓷調節(jié)元件，利用該元件可以調節(jié)軸承的預應力，另裝有一臺微型計量泵，可主動對主軸軸承的微量潤滑進行調節(jié)，另外還有各種各樣的控制功能。

　　ISPI項目取得的部分結果是一個微型化的數據記錄器，數據記錄器也可以附加安裝在機床的控制裝置上。數據記錄器的任務是，把主軸當作一個機電一體化的機器組成部分，給它裝上一種分散的智能（圖2）。這樣，主軸今后不僅能對環(huán)境的變化自動做出反應，而且也能進行自我診斷。數據記錄儀裝有一臺微處理器和一個存儲模塊，因而可以作為一個連接機構，該機構經過內裝的傳感器采集主軸的工作狀態(tài)。

　　為了避免出現主軸的臨界工作狀態(tài)，比如需要對碰撞、過載荷以及溫度的變化進行監(jiān)控。為此首先需要對主軸的臨界工作狀態(tài)以及非臨界工作狀態(tài)全部從測量技術上進行采集，并保存在一個共享的數據庫里。然后可以根據這個基準數據庫，求出基準數據和當前的傳感器數據之間現有的關聯并進行分析處理。例如一旦當前的過程信號超過了數據記錄儀存儲器中保存的極限值，一種簡單的分析處理算法即可經過連接控制裝置的接口啟動報警。根據工作狀態(tài)的不同，這要么是機器的一次反應（比如碰撞時緊急停車），要么是向人機接口發(fā)出的一次報警信號（如軸承磨損加重時）。

　　數據記錄儀今后也將對預防性的維護措施提供支持，方法是數據記錄儀的軟件對當前的傳感器數據額外進行分析。每一個采集到的參數都要制作直方圖，并進行趨勢分析，然后保存在數據記錄儀的數據存儲器里。這樣，每個組件的故障概率都可以從時間上做出估計，必要時也可及時實施維護工作。預定的目標還包括與設計系統(tǒng)的連接，因而使維修也可以自動地在生產計劃中得到考慮。使用者可以從數據記錄儀中調出這些信息，并可以圖形的形式在操作界面上顯示出來。打算保護自己、不讓人家提出無理索賠要求的主軸制造廠家，今后可以從過負荷狀態(tài)的記錄中得到好處。

　　對機床組件的監(jiān)控將提高生產設備的可靠性。機床組件上越來越多地采用傳感系統(tǒng)，結合對所采集數據的智能處理，對機床運營商來說將大有好處。診斷系統(tǒng)的目標是，把機器的運轉設計得更加可靠，具有更高的可操作性，并大大簡化維修工作。成本高昂的停產時間將被縮短，生產成本也將下降。

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