基于性能退化模型的數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠副壽命預(yù)測研究.pdf

1、作為數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵傳動部件的滾珠絲杠副,其壽命指標(biāo)對數(shù)控機(jī)床加工性能的影響頗為重要。保證數(shù)控機(jī)床安全可靠的運(yùn)行,盡量減少因滾珠絲杠副故障導(dǎo)致的停機(jī)而影響生產(chǎn),以及預(yù)測和延長數(shù)控機(jī)床的維修周期等,一直是國內(nèi)外機(jī)床行業(yè)及專家學(xué)者們關(guān)心和研究的重點(diǎn)。
　　 本文在國家重大科技專項(xiàng)“數(shù)控機(jī)床故障預(yù)警與診斷(項(xiàng)目編號:2009ZX04014—102)”和“國產(chǎn)高檔數(shù)控機(jī)床在典型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工中的示范應(yīng)用(2010ZX04015-011)”兩

2、個項(xiàng)目資助下,以某機(jī)械制造企業(yè)使用的長征718數(shù)控機(jī)床進(jìn)給系統(tǒng)中,Y方向滾珠絲杠副(THK型)為研究對象,從數(shù)控機(jī)床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及動力學(xué)角度,分析了影響滾珠絲杠副壽命的因素,得到了影響滾珠絲杠副壽命的關(guān)鍵因素是其工作負(fù)載和運(yùn)行時間。研究得知滾珠絲杠副的性能退化是決定其壽命的關(guān)鍵,而性能退化主要體現(xiàn)為運(yùn)行時的驅(qū)動力矩和振動的變化。因此,通過在機(jī)床滾珠絲杠副驅(qū)動電機(jī)上增設(shè)電流傳感器和在滾珠絲杠副上增設(shè)振動傳感器,經(jīng)硬、軟件系統(tǒng)進(jìn)行信號采集、處理

3、、運(yùn)算、比較,監(jiān)測滾珠絲杠副運(yùn)行中的狀態(tài),預(yù)警滾珠絲杠副的故障,跟蹤并預(yù)測滾珠絲杠副的壽命。
　　 采用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解方法對采集的傳感器信號進(jìn)行濾波處理后,提取信號時頻域特征值,并采用主元素分析提取對滾珠絲杠副振動狀態(tài)變化敏感的時頻域特征值,以時間序列方式構(gòu)成特征值矩陣。
　　 通過切削試驗(yàn)測試并提取該機(jī)床常見的20種加工條件下的切削力信號與驅(qū)動電機(jī)電流信號,分析二者之間的映射關(guān)系,利用徑向基函數(shù)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建切削力預(yù)測模型,在

4、只有電流信號條件下對切削力進(jìn)行預(yù)測,同時通過電流信號跟蹤滾珠絲杠副的運(yùn)行時間。
　　 考慮機(jī)床本身參數(shù)、加工條件及運(yùn)行時間等因素,分析滾珠絲杠副在機(jī)床運(yùn)行過程中負(fù)載情況,計(jì)算滾珠絲杠副的期望剩余壽命,以時間序列方式構(gòu)成期望剩余壽命向量。
　　 采用動態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合振動狀態(tài)特征量與期望剩余壽命之間的映射關(guān)系,建立性能退化模型,探求滾珠絲杠副性能退化規(guī)律,并以此預(yù)測滾珠絲杠副的剩余壽命。
　　 最后將該壽命預(yù)測方