虚拟技术在数控设备维修中的应用_李飞鹏.pdf

第 50 卷第 2 期 农业工程与装备 2023 年 4 月Vol.50 No.2 AGRICULTURAL ENGINEERING AND EQUIPMENTApr.2023 虚拟技术在数控设备维修中的应用 李飞鹏(四川信息职业技术学院，四川 广元 628040)摘 要：随着我国经济的发展和科技的进步，数控设备的应用越来越广泛，加工精度不断提高，结构也越来越复杂，给设备的检测和维修工作带来了挑战。通过分析虚拟技术的特点和优势，针对设备维修过程中存在的问题，充分发挥虚拟技术在故障检测、系统测试、设备维修、虚拟建模等方面的效率和成本优势，有利于提高生产企业的市场竞争力，保证经济效益。关 键 词：虚拟技术；数控设备；维修；应用 中图分类号：TH17 文献标志码：A 文章编号：20968736(2023)02005303 Application of virtual technology in CNC equipment maintenance LI Feipeng(Sichuan Institute of Information Technology,Guangyuan,Sichuan 628040,China)【Abstract】With the development of Chinas economy and technological progress,the application of CNC equipment is becoming more and more widespread.The machining accuracy is constantly improving,and the structure of the equipment is also becoming more and more complex,which brings challenges to subsequent inspection and maintenance work.Aiming at the problems existing in the equipment maintenance process,and fully utilizing the efficiency and cost advantages of virtual technology in completing fault detection,system testing,equipment maintenance,and virtual modeling,it is beneficial to improve the market competitiveness of production enterprises and ensure economic benefits by analyzing the characteristics and advantages of virtual technology.【Keywords】virtual technology;CNC equipment;maintenance;application 随着我国经济的发展和科技的进步，数控设备的加工精度越来越高，结构也更为复杂。传统的数控设备维修方法，需要结合设备结构图和设计图进行故障分析，随着数控设备的大型化、精密化，传统维修方法已难以满足现代化生产的需要1。近年来，应用虚拟技术进行数控设备维修的可行性分析受到了相关从业者的高度重视。结合虚拟技术构建数控设备的数字化样机模型，利用计算软件系统导入维修场景，可完成维修全过程的演示，便于工作人员判断故障位置，制定维修方案，及时对后续的维修工作进行模拟，可有效提高生产企业的市场竞争力，保证经济效益。作者简介：李飞鹏(1992)，男，甘肃天水人，硕士研究生，助教，主要研究方向为数控加工技术和机械制造。1 虚拟技术的技术特点和技术优势 1.1 技术特点 虚拟技术结合了计算机仿真、多媒体图形、物联网传感等多种先进技术的优势，操作人员通过应用虚拟技术，可突破物理资源的空间壁垒，实现物理资源的虚拟化分配，以操作软件的形式控制模块化硬件，完成运行环境建模，运行状态模拟。虚拟技术有以下特点：一是兼容性强，可应用于不同的操作系统和计算机平台；二是能实现资源共享，可突破空间限制，提高资源的分配和利用效率；三是节能性突出，通过构建高度仿真的维修场景可有效降低成本；四是可靠性高，通过模拟运行可有效降低错误发生的概率。54 农业工程与装备 2023 年 4 月 1.2 技术优势 一是具备多感知性，虚拟技术除了视觉感知以外，还有听觉感知、运动感知、嗅觉感知，虚拟技术的应用目标是构建可完全模拟真实作业环境的操作平台，实现真实操作的完整模拟。二是真实性高，应用虚拟技术可将操作环境虚拟化，通过计算机三维环境建模，将操作步骤和操作环节完全还原。三是交互性强，虚拟技术不但可以完成环境建模，还可实现人机交互，例如用户可在虚拟环境中拆装配件，并检验维修效果。四是扩展性高，工作人员可借助虚拟技术同步操作多个软件，还能根据需求自行添加检测插件2。2 虚拟技术在数控设备维修中的应用 2.1 故障检测 目前，虚拟技术在数控设备维修中的应用以物理维修模块为基础，可实现故障检测、故障判断、设备维修等操作。数控设备虚拟故障检测的目的是通过采集设备的运行参数，进行数据模拟分析，以提升故障检测的可靠性和准确性，提高维修效率3。数控设备的虚拟技术故障检测系统一般由软件系统和硬件系统组成，软件系统具有参数采集、数据分析、模拟算法、故障诊断等功能；硬件系统包括传感器、信息采集机卡、显示终端等元件。数控设备的运行环境复杂，在作业过程中难免会受到摩擦、撞击、振动等多种因素的影响，使运行参数和振动信号呈现出非线性的特征3。虚拟技术故障检测系统运行时可采用时域分析法和频域分析法提取故障特征(运行参数、冲击力度、运行趋势、运行噪音)，并以此作为后续故障诊断的依据。提取故障特征后，运用虚拟技术算法与正常运行参数和固有特征进行比对，可对故障类型做出准确判断。数控设备的虚拟技术故障检测系统弥补了传统检测方法存在的不足，极大提升了故障的诊断效率，可让生产企业在激烈的市场竞争中占得先机4。2.2 模拟维修 数控设备模拟维修以故障特征的诊断分类为基础，通过软件系统中的环境仿真模块、虚拟维修模块完成模拟操作，主要分为以下四个步骤。一是三维空间的可视域分析，通过环境仿真模块中的视域功能确定视野角度、视野距离、最佳视野范围、极限视野范围等，以实现模拟样机的装配定位5。二是评估维修时间，根据数控设备维修中拆解、清洗、更换、组装、测试等工序的作业需求和作业时长，完成工具和配件的清点分类。三是维修空间内容分析，根据维修内容确定操作空间和工作环境，构建满足交互性要求的维修空间6。建模完成后再进行模拟维修空间的预处理，确认虚拟维修空间中的关键要素，合理使用融合功能来简化模型7。四是虚拟维修操作，操作人员通过指令对虚拟环境中的设备样机模型完成拆解、清洗、更换、组装等仿真维修操作8。2.3 设备测试 操作人员完成数控设备的模拟维修后，可借助设备测试功能开展维修综合性分析。数控设备的测试诊断平台基于 LabVIEW7.0 软件开发，使用数采卡 6259 作为数据采集硬件，包含内燃机测试系统、液压测试系统、轴承测试系统等部分，具备信号采集、信号保存、信号处理、数据分析等功能，结构如图 1 所示9。图 1 机电设备测试诊断平台 3 结语 近年来，随着我国工业的迅速发展，数控设备的加工精度越来越高，结构也更精密复杂，传统的数控设备维修方法已难以满足现代化工业生产的 第 50 卷第 2 期 李飞鹏 虚拟技术在数控设备维修中的应用 55 需求。虚拟技术结合了计算机仿真、多媒体图形、物联网传感等多种先进技术的优势，具有兼容性强、可靠性高、容错率高、资源共享性突出、不受空间限制等特点。在数控设备的维修过程中应用虚拟技术，可有效提高设备维修效率、降低维修成本，提升生产企业的市场竞争力。参考文献 1 毕新波.CAD 技术在机械制图教学中的应用分析J.内燃机与配件,2021(16):243-244.2 缑瑞宾,乔印虎,司志远,等.关于机电设备故障诊断与维修一体化的探讨J.新技术新工艺,2014(1):119-121.3 乔印虎,张春燕,缑瑞宾,等.项目教学在机电设备故障诊断与维修教学中的应用J.新技术新工艺,2015(8):117-119.4 杨帆,张文娟,孙剑伟,等.基于虚拟仪器技术的机械设备故障监测及诊断系统研究J.粘接,2020,42(6):133-137.5 周建新,张飞,王先平,等.虚拟仿真技术在新型武器装备维修训练中的应用研究J.系统仿真技术,2019,15(3):208-210.6 刘洋,简晓慧,王桂华.基于 JACK 的航空发动机维修性人机核查应用研究J.航空计算技术,2015,45(4):131-134.7 牛亚峰,吴闻宇,周蕾,等.融合虚拟现实技术的交互式电子技术手册在机械制图教学中的展望J.机械设计,2018,35(S2):51-53.8 孙宁,刘贤梅,田枫,等.基于 Unity3D 的机械清罐应急处置系统的设计与实现J.微型电脑应用,2018,34(8):7-9.9 杨大为,张娜,肖安洪,等.基于三维远程可视化技术的前后处理设计平台解决方案研究J.机械设计与制造工程,2015(6):63-66.责任编辑：阳湘晖 英文编辑：唐琦军 （上接第 52 页）3.2 结果分析 为了验证均匀平滑补偿方法的可行性，可采用对比分析的方法，将均匀平滑补偿方法与基于蚁群算法的传统误差补偿方法进行对比，使用误差分析软件对比两种方法的效率和差异，结果如表 2 所示。表 2 两种方法漏补率与补偿修正耗时对比 均匀平滑补偿方法 传统补偿方法 工件 漏补率 补偿耗时 漏补率 补偿耗时叶轮 1.02%103 ms 3.85%264 ms 叶片 0.98%95 ms 5.02%285 ms 叶盘 1.04%98 ms 5.98%198 ms 螺旋桨 0.85%87 ms 6.73%201 ms 发电机转子 0.96%104 ms 8.14%176 ms 汽轮机转子 0.73%84 ms 7.06%188 ms 柴油机曲轴 0.97%96 ms 9.12%173 ms 通过对比结果可知，采用均匀平滑补偿方法，机床各个工件误差补偿处理后的漏补率均小于传统方法，且整体误差补偿修正的耗时较短，具有较高的可行性。4 结语 为解决传统机床加工误差补偿方法存在的缺点，通过计算机床运行的热源参数，基于均匀平滑方法获取误差补偿数据后，对各工序进行分段处理，可有效提高机床误差补偿精度，缩短误差补偿修正耗费的时间，在提升机床作业效率的同时，保证了加工质量。参考文献 1 于栋梁.五轴数控机床加工误差动态修正方法研究J.机械制造与自动化,2022,51(1):56-60.2 肖光临,吕岩,焦丕显,等.数控机床加工精度提高技术分析及其存在的问题探讨J.中国设备工程,2021(8):196-198.3 刘阔,韩伟,王永青,等.数控机床进给轴热误差补偿技术研究综述J.机械工程学报,2021,57(3):156-173.责任编辑：张亦弛 英文编辑：吴志立