數(shù)控機(jī)床是機(jī)械加工中的重要裝備之一,在長(zhǎng)期加工運(yùn)轉(zhuǎn)后,其關(guān)鍵部件的性能會(huì)隨著時(shí)間的推移而逐漸衰退,具體原因包含高速運(yùn)轉(zhuǎn)、機(jī)械摩擦、磨損、載荷沖擊、高溫、腐蝕等因素的綜合作用。關(guān)鍵部件的性能衰退會(huì)對(duì)機(jī)床的健康程度產(chǎn)生影響,如主軸動(dòng)態(tài)性能不好、進(jìn)給軸定位精度差、刀具磨損影響工件表面質(zhì)量,造成零件的加工質(zhì)量、合格率降低。嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)引發(fā)機(jī)床故障,影響正常生產(chǎn)作業(yè)。為了準(zhǔn)確感知設(shè)備關(guān)鍵部件的健康狀態(tài),本文對(duì)數(shù)控機(jī)床的關(guān)鍵部件主軸、滾珠絲杠、刀具進(jìn)行信號(hào)監(jiān)測(cè),研究部件數(shù)據(jù)特征提取與選擇方法、健康評(píng)估算法模型,建立運(yùn)行過程中的控制流數(shù)據(jù)或傳感器信號(hào)與健康狀態(tài)的非線性映射關(guān)系,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)控機(jī)床的預(yù)防性維護(hù)。主要內(nèi)容如下:(1)對(duì)于主軸子部件,采用加速度傳感器獲取主軸兩個(gè)相互垂直的徑向振動(dòng)信號(hào)。首先對(duì)加速度信號(hào)進(jìn)行小波包分解得到子頻帶能量圖,然后利用深度神經(jīng)循環(huán)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法可以對(duì)主軸的健康狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的評(píng)估。其優(yōu)點(diǎn)在于可以自動(dòng)學(xué)習(xí)得到原始特征中的敏感特征編碼矩陣,避免了常用方法中人工進(jìn)行特征選取的復(fù)雜性。(2)針對(duì)進(jìn)給軸選取其關(guān)鍵部件滾珠絲杠進(jìn)行健康評(píng)估。采集其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度、電流信號(hào),對(duì)其進(jìn)行時(shí)域特征、小波域特征提取。首先采用拉普拉斯特征值映射獲取傳感器信號(hào)特征中的內(nèi)蘊(yùn)流形,并對(duì)降維后的特征采用馬氏距離度量,再映射到健康指數(shù)空間,從而得到測(cè)試數(shù)據(jù)偏離于基線數(shù)據(jù)的程度。通過對(duì)比該方法與常用方法的可分性、相關(guān)度兩個(gè)指標(biāo),證明所提出方法的魯棒性更好。(3)在刀具監(jiān)測(cè)方面,首先選取其加工過程中的主軸電流以及切削加工參數(shù)、材料作為輸入,對(duì)其進(jìn)行時(shí)域特征、頻域特征和小波域特征提取。然后對(duì)提取到的特征集合,選取與刀具磨損相關(guān)度高的敏感特征。最后采用隨機(jī)森林評(píng)估器對(duì)篩選到的特征進(jìn)行評(píng)估。與其他集成學(xué)習(xí)方法相對(duì)比,隨機(jī)森林評(píng)估器在該任務(wù)中多個(gè)工況都表現(xiàn)了較優(yōu)的性能。(4)本研究基于上述方法設(shè)計(jì)了嵌入式的評(píng)估系統(tǒng),通過數(shù)控系統(tǒng)獲取控制流數(shù)據(jù),采用嵌入式控制器的采集卡獲取傳感器信號(hào),應(yīng)用評(píng)估算法進(jìn)行健康指數(shù)映射。對(duì)實(shí)際機(jī)床滾珠絲杠部件進(jìn)行多次評(píng)估,得到其健康指數(shù)變化趨勢(shì)。同時(shí)該系統(tǒng)具備擴(kuò)展多類型機(jī)床的能力,為數(shù)控機(jī)床關(guān)鍵部件的健康評(píng)估提供了理論、方法與技術(shù)基礎(chǔ)。
【學(xué)位單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TG659
【部分圖文】：

圖 1-2 于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng) 數(shù)控 床關(guān) 部 康評(píng)估方法Fig.1-2 Data driven based health assessment method of key components of CNC machine tools（2）部件數(shù)據(jù)的特征提取對(duì)部件的健康衰退過程進(jìn)行分析，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方法來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)中隱藏的特征進(jìn)行提取，包括有監(jiān)督的提取方法和無(wú)監(jiān)督的特征提取方法。以及從有干擾的

圖 2-6 帶磁座 加速度傳感器安裝Fig.2-6 Installation of acceleration sensor withmagnetic seat由于銑床主軸同時(shí)帶動(dòng)刀具進(jìn)行高質(zhì)量的重要表征參數(shù)，電流信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)

實(shí)際應(yīng)用加速

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2817735