一种新的振动监测机床主轴的方法SeTAC（SEQUOIA IT三轴加速度传感器）

一种有效的替代方法是基于振动的“基于状态的维护”（CBM），要记住主轴执行的操作非常复杂，不同的速度和负载作用在主轴上，可能会为每个切割过程产生不同程度的振动。因此，不可能像其他类型的旋转机器那样，使用仅基于振动水平的方法。SeTAC（SEQUOIA IT三轴加速度传感器）

方法基础

机床的MTBF（故障前中期）通常是根据其部件（主要是轴承）的MTBF进行计算/估计的。

轴承的寿命可以使用ISO 281国际技术标准的方程式计算。

机床通常根据工艺以不同的速度运行。考虑到不同的运行速度，在不考虑动载荷变化的情况下，使用以下公式：

RPM = q1RPM1 + q2RPM2 + … + qnRPMn

式中，qn是主轴在其使用寿命内以特定速度（RPM）工作的百分比。

通常，对于机床来说，不同的加工过程有不同的速度。在设计阶段可以引入速度的影响，或者考虑到运行水平的编程速度，可以“重新计算”主轴的长度。由于机器的不同动态负载而产生的影响。

同样的方法也可以用于改变转速，但要对动态负载进行先验估计要困难得多。。作用在主轴轴承上的载荷是由各种原因引起的：主轴在轴承上的重量引起的静载荷；预载引起的静载荷；直接由发动机或通过滑轮和齿轮传递的动态载荷；转子或刀具不平衡产生的动载荷，以及切削过程产生的动载荷。

可以估计前三种载荷；事实上，ISO 281和轴承生产商提供了计算作用在轴承上的等效动载荷（P）的一般规则。转子或刀具不平衡引起的负载是不可预测的，但在可接受的轴承平衡水平上考虑了一些一般规则。切割过程产生的载荷几乎完全不可预测。

在轴承的设计阶段，通常会考虑预测动载荷的不确定性，引入S0安全系数，其值取决于轴承所需的工作条件。

该安全系数取决于轴承类型（滚珠或滚柱）；为此，制造商建议使用略有不同的值：

主轴轴承的选择通常考虑平均S0=3，使用寿命为20000到30000小时。此外，在车间中，作为预防措施，这些值减少了2.5倍，使轴承的“平均维修时间”在8000到12000小时之间。但这种方法安全吗？时间能缩短吗？

通过振动监测提高电流负载知识

轴承和主轴上的动载荷通过一个简单的比率与振动（速度）直接相关。然而，由于对振动传感器位置、移动质量的高度依赖，无法在车间内直接测量动态载荷。

在任何情况下，可以说，给定动载荷P0的特定估计，不确定性可以表示为振动的函数。我们可以将V0视为不会产生特定影响的振动级；这是主轴在大部分时间应承受的可接受水平。

测量需要哪种振动？

如ISO 10816-3所示，速度的RMS是机器运行时振动严重程度的良好指示器。在主轴上，建议考虑所有方向上的动载荷。因此，作为单一参数，最佳选择是振动三轴RMS模块，以间接测量与作用在主轴上的动载荷相关的所有振动。

实际案例

所提出的方法已在一组4台相同类型、具有相同类型主轴的机床上进行了测试和评估，这些机床在多个领域运行：两台粗加工机床、一台普通铣削机床和最后一台精加工机床。对于所有这些机器，尽管它们的操作不同，“平均维修时间”（MTTR）设定为8000小时，基于20000小时的估计寿命和2.5的安全系数。在每台机床上，SeTAC（SEQUOIA IT三轴加速度传感器）安装了专用固件，能够独立实施提议的振动方法，并且：测量振动三轴RMS传感器（SeTAC）；记住主轴承受一定程度振动的时间；根据方程式表示的各项计算等效工时，并最终估算主轴的剩余寿命。随后，可以计算振动水平对主轴寿命减少的影响。作为参考，针对0-2 mm/s范围内的V0振动水平，选择了安全系数S0=1。正如预期的那样，发现两个数据集具有良好的重复性，确认材料中没有引入任何特定变化；第三台和第四台机器的等效小时数和实际小时数之比高于其他两台机器。

优化维护计划

主轴制造商建议每8000小时（基于平均MTBF）检查一次主轴的状况，并注意维护。显然，该值非常保守，因此通常不需要严格维护。此外，即使计划每8000小时进行一次维护，我们在过去也发现了一些意外的断裂，因为我们不知道在8000小时内主轴将承受的实际负载和工作。在SeTAC中实施的拟议监测策略避免了意外中断和不必要的维护任务。

制定维护计划时，应考虑20000个等效小时的限制（即8000个实际小时乘以2.5的系数，这是更关键的粗轧机的典型情况）。该计划会自动更新，因为它考虑了主轴受到的实际振动，并允许用户定义因维护而安排停机的最佳时间，从而提高效率（例如，现在，相对于主轴精加工而言，该计划超过50%），并大幅降低意外断裂的风险。

自动调整维护计划是绝对必要的，因为仅仅为每台机器定义一个特定的间隔是不够的。事实上，主轴上的振动会受到各种参数的影响：加工材料；与切削参数相比的刀具类型和条件；机器的磨损和状况。