數(shù)控機床滾珠絲杠副性能退化機理與評估技術研究.pdf

1、數(shù)控機床是加工制造業(yè)的關鍵裝備，數(shù)控制造技術屬于先進制造技術之一，其水平直接反應一個國家制造業(yè)的實力。制造業(yè)又是關系國計民生和國家安全的支柱產業(yè)。滾珠絲杠副是數(shù)控機床不可或缺的關鍵部件，其性能狀態(tài)直接影響數(shù)控機床的加工質量和生產效率。為提高國產數(shù)控機床的整體技術水平，保證制造業(yè)健康發(fā)展，研究滾珠絲杠副的性能退化機理，評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

2、精度逐漸降低，并最終導致絲杠副故障，甚至報廢。為實時準確評估滾珠絲杠副的性能狀態(tài)，制定智能維護維修方案和備件計劃，本文首先研究了滾珠絲杠副的性能退化機理，分析了產生磨損、振動和沖擊的影響因素，并建立了滾珠絲杠副性能評估體系，具體工作如下:
　　對滾珠絲杠副進行受力分析，首先針對不同結構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分析滾道和滾珠的受力和運動，研究接觸應力和摩擦力矩對絲杠副的磨損

3、、疲勞、振動的影響，并對滾珠進行運動分析，揭示滾珠絲杠副性能退化的機理。
　　根據(jù)滾珠絲杠副的結構、性能退化特點和工作過程，提出絲杠副性能退化評估的目的和性能退化評估原則，系統(tǒng)科學地分析性能退化規(guī)律，采用定性分析和定量分析結合的方法實現(xiàn)絲杠副實時性能評估。
　　分析絲杠副的精度參數(shù)和性能參數(shù)與性能的對應關系，建立滾珠絲杠副性能退化評估指標集，采用三層分級評估結構建立滾珠絲杠副性能評估系統(tǒng)結構和性能退化評估體系。
　　基

4、于VMC1500等型號的數(shù)控機床建立滾珠絲杠副性能退化試驗方案，根據(jù)信號特點確定振動傳感器、電流傳感器的型號及采集系統(tǒng)等硬件。
　　應用動態(tài)模糊神經網絡建立滾珠絲杠副性能退化評估模型，實現(xiàn)信號特征與絲杠副性能狀態(tài)的映射關系，鑒于樣本的分布對網絡預測精度有很大影響，因此采用正交試驗和性能指標試驗相結合的試驗方法。
　　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，為準確提取性能退化特征并解決海量數(shù)據(jù)問題，建立動態(tài)聚

5、類數(shù)據(jù)簡化算法，通過調整動態(tài)聚類閾值調整評估精度和系統(tǒng)的動態(tài)響應特性。
　　通過對信號的時域分析、頻域分析及小波分析，采用能量譜分析振動信號、電流信號的能量分布作為性能退化評估模型的輸入參數(shù)。同時結合指標的定性分析提高了性能退化評估精度。
　　為解決數(shù)控機床工作過程中無法實時測量摩擦力矩的難題，假設絲杠副空載時，驅動電機輸出扭矩全部用來克服摩擦力矩，應用這種方法建立了電流信號和摩擦力矩之間的映射關系。將摩擦力矩作為性能評估模