随着中国实施“中国制造2025”战略以来,作为国民经济发展基础产业的装备制造业一直朝着智能化、数字化的趋势发展。数控机床一直有“工业母机”的称号,被广泛用于汽车、航空航天、船舶等领域。作为制造业的核心设备,它大大提高了产品生产效率和产品质量。近年来,随着“智能工厂”、“无人工厂”的不断出现,数控机床一旦发生故障,不仅影响生产效率,严重的甚至会导致设备停机,造成不可估量的损失。为了保证数控机床能够长时间的安全、健康的运行,对数控机床的运行状态监测和故障预警就显得尤为重要。为解决上述问题,本文以广泛使用的数控车床作为研究对象,在研究数控车床的结构、监测部位、监测信号选择、信号分析处理、状态监测及故障预警算法的基础上,提出了一套完整的数控车床状态监测及典型故障预警方法,并采用MATLAB和LabVIEW混合编程的方法开发了数控车床状态监测及典型故障预警系统,最后开展相关实验验证了本文的状态监测、故障预警算法及系统的有效性。主要内容如下:(1)数控车床状态监测方法分析。通过分析数控机床结构,明确数控车床重点监测部位,选择振动、电流信号作为表征车床状态的特征信号,确定了利用振动信号来表征数控车床关键零部件的状态,以电流信号来表征传动系统状态,在此基础上,利用外置振动传感器和内置电流传感器、数据采集卡等硬件搭建了数控车床信息采集系统。(2)数控车床状态监测模型研究。通过对信号处理分析、特征值提取、状态监测算法的具体原理研究,提出一套完整的状态监测模型,主要包括奇异值分解(SVD)和时域分析、频域分析、时频域分析的信号分析处理、特征值提取算法,提出基于BP神经网络的数控车床关键零部件状态监测算法和基于余弦相似度的数控车床传动系统状态监测算法,实现了对数控车床的状态监测。(3)典型故障预警模型研究。通过对故障预警算法的具体原理算法研究,建立了典型故障预警模型。主要包括预警部件和预警指标的选择,相空间重构技术以及支持向量回归机(SVR)预警算法,切比雪夫不等式算法等,确定故障预警阈值,实现了对数控车床典型故障——滚动轴承故障的预警。(4)数控车床状态监测及典型故障预警系统开发及验证。对该系统的整体框架和主要功能模块都做了详细说明,并利用MATLAB和LabVIEW混合编程的方式集成了前面的主要算法,完成系统功能模块开发,形成了一套完整的数控车床状态监测及典型故障预警系统。最后以CJK6132型数控车床开展实验,验证了数控车床信息采集系统和车床状态监测模型的有效性,利用相关仿真实验验证了故障预警模型的有效性。完成数控车床状态监测及典型故障预警系统功能测试,表明了状态监测和故障预警模型及系统的有效性。通过本文的研究,提出的数控车床状态监测和故障预警模型以及开发的系统的实用性较好,对机床长期安全、健康运行有一定的理论和工程应用价值。