滾珠絲杠性能退化機(jī)制
滾珠絲杠性能退化機(jī)制
數(shù)控機(jī)床是加工制造業(yè)的關(guān)鍵設(shè)備，數(shù)控制造技術(shù)是先進(jìn)的制造技術(shù)之一，其水平直接反映了一個(gè)國家制造業(yè)的實(shí)力。制造業(yè)也是國計(jì)民生和國家安全的支柱產(chǎn)業(yè)。滾珠絲杠是數(shù)控機(jī)床不可缺少的關(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。為了提高國內(nèi)數(shù)控機(jī)床的整體技術(shù)水平，確保制造業(yè)的健康發(fā)展，特別有必要研究滾珠絲杠的性能退化機(jī)制，并評估滾珠絲杠的性能退化過程。滾珠絲杠的使用壽命約為 10 年。性能逐漸下降，傳動(dòng)精度逐漸下降，最終導(dǎo)致滾珠絲杠故障甚至報(bào)廢。為實(shí)時(shí)準(zhǔn)確評價(jià)滾珠絲杠的性能狀態(tài)，制定智能維護(hù)計(jì)劃和備件計(jì)劃，分析磨損、振動(dòng)和沖擊的影響因素，建立滾珠絲杠性能評價(jià)體系，具體工作如下：
對于滾珠絲杠的應(yīng)力分析，首先分析了不同結(jié)構(gòu)的接觸載荷特性、曲率變化、接觸區(qū)域摩擦特性和滾珠的應(yīng)力特性，研究了接觸應(yīng)力和摩擦扭矩對滾珠絲杠磨損、疲勞和振動(dòng)的影響，并分析了滾珠的運(yùn)動(dòng)，揭示了滾珠絲杠性能退化的機(jī)制。
根據(jù)滾珠絲杠的結(jié)構(gòu)、性能退化特點(diǎn)和工作過程，提出了滾珠絲杠性能退化評價(jià)的目的和原則，系統(tǒng)科學(xué)地分析了性能退化規(guī)律，并采用定性分析和定量分析相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)了滾珠絲杠實(shí)時(shí)性能評價(jià)。
分析滾珠絲杠的精度參數(shù)和性能參數(shù)與性能的對應(yīng)關(guān)系，建立滾珠絲杠性能退化評價(jià)指標(biāo)集，建立滾珠絲杠性能評價(jià)體系結(jié)構(gòu)和性能退化評價(jià)體系。
數(shù)控機(jī)床根據(jù)信號(hào)特性，建立滾珠絲杠性能退化試驗(yàn)方案，確定振動(dòng)傳感器、電流傳感器型號(hào)、采集系統(tǒng)等硬件。
利用動(dòng)態(tài)模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立滾珠絲杠副性能退化評價(jià)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，分布對網(wǎng)絡(luò)預(yù)測精度有很大影響。
研究表明，滾珠準(zhǔn)確提取性能退化特性，解決大量數(shù)據(jù)問題，建立動(dòng)態(tài)聚類數(shù)據(jù)簡化算法，通過調(diào)整動(dòng)態(tài)聚類閾值來調(diào)整評價(jià)精度和系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。
能量譜分析振動(dòng)信號(hào)和電流信號(hào)的能量分布作為性能退化評價(jià)和電流信號(hào)的能量分布作為性能退化評價(jià)模型的輸入?yún)?shù)。同時(shí)，結(jié)合指標(biāo)的定性分析，提高了性能退化評價(jià)的精度。
為了解決數(shù)控機(jī)床在工作過程中無法實(shí)時(shí)測量摩擦扭矩的問題，假設(shè)所有驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出扭矩都用于克服摩擦扭矩，該方法建立了電流信號(hào)與摩擦扭矩之間的映射關(guān)系。將摩擦扭矩作為性能評價(jià)模型的輸入，以提高性能退化評價(jià)的精度。
根據(jù)性能退化和磨損程度的評價(jià)結(jié)果，建立了實(shí)用的智能維護(hù)模型。根據(jù)該模型，可以確定數(shù)控機(jī)床滾珠絲杠等關(guān)鍵部件的智能維護(hù)方案，合理制定備件計(jì)劃，有利于簡化維護(hù)成本和備件成本，有效提高數(shù)控機(jī)床的使用效率。
上述對提高滾珠絲杠的性能，減少維護(hù)維修成本和備件成本，有效提高數(shù)控機(jī)床的加工性能和效率，具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。
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