數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠副性能退化機(jī)理與評(píng)估技術(shù)研究.pdf

1、數(shù)控機(jī)床是加工制造業(yè)的關(guān)鍵裝備，數(shù)控制造技術(shù)屬于先進(jìn)制造技術(shù)之一，其水平直接反應(yīng)一個(gè)國(guó)家制造業(yè)的實(shí)力。制造業(yè)又是關(guān)系國(guó)計(jì)民生和國(guó)家安全的支柱產(chǎn)業(yè)。滾珠絲杠副是數(shù)控機(jī)床不可或缺的關(guān)鍵部件，其性能狀態(tài)直接影響數(shù)控機(jī)床的加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。為提高國(guó)產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的整體技術(shù)水平，保證制造業(yè)健康發(fā)展，研究滾珠絲杠副的性能退化機(jī)理，評(píng)估滾珠絲杠副的性能衰退過程顯得尤為必要。
　　滾珠絲杠副的使用壽命約10年左右，絲杠副工作過程中性能逐漸衰退，傳動(dòng)

2、精度逐漸降低，并最終導(dǎo)致絲杠副故障，甚至報(bào)廢。為實(shí)時(shí)準(zhǔn)確評(píng)估滾珠絲杠副的性能狀態(tài)，制定智能維護(hù)維修方案和備件計(jì)劃，本文首先研究了滾珠絲杠副的性能退化機(jī)理，分析了產(chǎn)生磨損、振動(dòng)和沖擊的影響因素，并建立了滾珠絲杠副性能評(píng)估體系，具體工作如下:
　　對(duì)滾珠絲杠副進(jìn)行受力分析，首先針對(duì)不同結(jié)構(gòu)的滾珠絲杠副分析滾珠和滾道的接觸載荷特性、曲率變化、接觸區(qū)域摩擦特性及滾珠的受力特點(diǎn)分析滾道和滾珠的受力和運(yùn)動(dòng)，研究接觸應(yīng)力和摩擦力矩對(duì)絲杠副的磨損

3、、疲勞、振動(dòng)的影響，并對(duì)滾珠進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，揭示滾珠絲杠副性能退化的機(jī)理。
　　根據(jù)滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)、性能退化特點(diǎn)和工作過程，提出絲杠副性能退化評(píng)估的目的和性能退化評(píng)估原則，系統(tǒng)科學(xué)地分析性能退化規(guī)律，采用定性分析和定量分析結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)絲杠副實(shí)時(shí)性能評(píng)估。
　　分析絲杠副的精度參數(shù)和性能參數(shù)與性能的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立滾珠絲杠副性能退化評(píng)估指標(biāo)集，采用三層分級(jí)評(píng)估結(jié)構(gòu)建立滾珠絲杠副性能評(píng)估系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和性能退化評(píng)估體系。
　　基

4、于VMC1500等型號(hào)的數(shù)控機(jī)床建立滾珠絲杠副性能退化試驗(yàn)方案，根據(jù)信號(hào)特點(diǎn)確定振動(dòng)傳感器、電流傳感器的型號(hào)及采集系統(tǒng)等硬件。
　　應(yīng)用動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立滾珠絲杠副性能退化評(píng)估模型，實(shí)現(xiàn)信號(hào)特征與絲杠副性能狀態(tài)的映射關(guān)系，鑒于樣本的分布對(duì)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)精度有很大影響，因此采用正交試驗(yàn)和性能指標(biāo)試驗(yàn)相結(jié)合的試驗(yàn)方法。
　　研究表明，滾珠絲杠副性能退化為緩變過程，退化曲線是連續(xù)的，為準(zhǔn)確提取性能退化特征并解決海量數(shù)據(jù)問題，建立動(dòng)態(tài)聚

5、類數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化算法，通過調(diào)整動(dòng)態(tài)聚類閾值調(diào)整評(píng)估精度和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
　　通過對(duì)信號(hào)的時(shí)域分析、頻域分析及小波分析，采用能量譜分析振動(dòng)信號(hào)、電流信號(hào)的能量分布作為性能退化評(píng)估模型的輸入?yún)?shù)。同時(shí)結(jié)合指標(biāo)的定性分析提高了性能退化評(píng)估精度。
　　為解決數(shù)控機(jī)床工作過程中無法實(shí)時(shí)測(cè)量摩擦力矩的難題，假設(shè)絲杠副空載時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出扭矩全部用來克服摩擦力矩，應(yīng)用這種方法建立了電流信號(hào)和摩擦力矩之間的映射關(guān)系。將摩擦力矩作為性能評(píng)估模