数控机床可靠性技术的研究进展

数控机床是装备制造业的工作母机,其可靠性技术目前已成为制约行业发展的关键共性技术。主要对我国数控机床可靠性技术的研究进展进行综合评述。论述数控机床的可靠性建模技术、故障分析技术、可靠性设计技术和可靠性试验技术的研究历程和技术进展,介绍数控机床关键功能部件可靠性台架试验设备的技术状况。在肯定数控机床可靠性技术取得明显进展的基础上,分析指出研究工作存在的问题和不足,并对数控机床可靠性技术研究的动态和热点进行论述。从产品可靠性技术自身的发展规律和行业需求的角度对数控机床可靠性的技术发展愿景进行了展望。

提高数控机床可靠性——发计观念要转变

数控机床作为当代具有高技术含量的“工作母机”．经历了多次更新换代，其性能和技术水平都在迅速发展。特别是近些年来．随着信息技术、电子技术、机械技术等相关学科的发展，其速度、精度和控制轴数等许多性能指标都有提高，然而可靠性问题却由于多种原因成为困扰国产数控装备发展的主要问题之一。

基于PSO算法和SVR模型的加工中心可靠性模型参数估计

针对加工中心可靠性模型,提出了一种基于支持向量回归模型的参数估计方法,并利用改进的局部最优粒子群优化算法对支持向量回归模型的参数进行优化,以提高其对可靠性模型参数的估计精度。与标准的局部最优粒子群优化算法比较,改进的局部最优粒子群优化算法引入了变异操作和自适应调节惯性因子,提高了算法的全局最优解搜索能力。将提出的方法与最小二乘法、最大似然估计法、局部最优粒子群优化算法优化的支持向量回归模型和遗传算法优化的支持向量回归模型进行了对比试验。试验结果表明:该方法的参数估计精度高于最小二乘法、最大似然估计法、局部最优粒子群优化算法优化的支持向量回归模型和遗传算法优化的支持向量回归模型。最后,将该方法用于估计实际加工中心可靠性模型的参数,得出了相应的平均故障间隔时间的评估数值。

盘式刀库可靠性试验状态监测及故障预警研究

盘式刀库是加工中心的重要功能部件,其运行状态直接影响整机可靠性及工作效率。文章针对盘式刀库可靠性台架试验,设计了状态监测方案,研制并搭建了状态监测系统的硬件系统和软件系统。监测系统采用一种改进的相邻系数法对采集的状态信号进行降噪处理,建立刀库电机电流能量的时变模型,实现电机堵转故障报警;基于遗传算法(GA)与支持向量回归(SVR)理论,建立刀库机械手振动与转位偏差的预警模型,试验结果表明,GA-SVR方法可以实现刀库机械手转位偏差故障的准确预警。

基于小波降噪和EMD-SVM的加工中心主轴系统状态监测技术

主轴系统是数控机床的重要功能部件,其运行状态直接影响机床的可靠性与加工精度。为了实现状态实时监测、故障预警和维修策略优化,针对加工中心主轴系统,设计了状态监测方案,研制和搭建了加工中心状态监测平台的硬件系统和软件系统。集成小波降噪方法和经验模态分解-支持向量机(EMD-SVM)算法对采集信号处理与分析,实现加工中心主轴系统的状态实时监测,进而对主轴系统典型故障状态进行识别与诊断。基于研制的加工中心主轴状态监测系统,进行了主轴系统皮带松动故障监测试验分析,验证其对主轴系统的典型故障状态识别的准确度。

加工中心ATC系统拔刀力检测装置的研制与实验

在对加工中心ATC系统进行故障诊断、故障监控和预警及性能测评时,加工中心ATC系统的拔刀力是需要检测的重要特征信号。然而,目前尚无这方面完整的传感器或检测装置,因此研制加工中心ATC系统拔刀力检测装置对加工中心ATC系统的可靠性研究具有非常重要的意义。根据加工中心ATC系统结构的特点,采用电阻应变片式测力传感器,通过在改装刀柄上开孔并采用测力传感器的螺纹柱将改装刀柄固定在一起以及将电路部分放置在刀柄中的方式成功研制出加工中心ATC系统拔刀力检测装置,将检测装置应用于加工中心ATC系统可靠性试验台相关实验中,实验结果表明了加工中心ATC系统的拔刀力检测装置结构合理、信号稳定、精度高,可用于加工中心ATC系统的可靠性提升实验。

基于模糊评判的数控机床零部件制造工艺FMECA研究

以数控机床零部件的制造工艺为研究对象,对其实施改进的制造工艺FMECA,通过梯形模糊数评判的方法确定出工艺FMECA中风险优先数的排序,利用模糊综合评判方法确定出工艺系统的风险等级,有效地找出薄弱工艺环节并采取改进措施,从而提高数控机床零部件制造工艺可靠性.

基于最小二乘算法和SVDUKF算法的电液伺服加载优化

为了分析和模拟伺服刀架可靠性试验台电液伺服加载系统的动态性能,建立了该加载系统的动态特性数学模型,并利用最小二乘算法对其参数进行估计。为了减弱噪声对加载系统稳定性的影响和避免无色卡尔曼滤波算法(UKF)中协方差矩阵出现病态导致算法失效,提出了利用基于奇异分解的无色卡尔曼滤波算法(SVDUKF算法)对电液伺服加载系统反馈力信号进行滤波的方法,并进行了SVDUKF算法与扩展卡尔曼滤波算法(EKF)算法之间滤波性能对比。实验结果表明,最小二乘算法估计出的数学模型具有较高精度,并且SVDUKF算法具有高效的滤波能力和提高系统稳定性的能力。

一种利用寻边器和XYZ平台测量和调节同轴度的方法

介绍了一种利用寻边器和XYZ平台测量同轴度的方法,这种方法利用了数字式三维工件寻边器高精度、多功能和XYZ平台能在三维空间上移动、具有较高重复定位精度等优点。寻边器吸附在XYZ平台上,旋转XYZ平台各轴丝杠,使寻边器的测量头从轴表面选定点开始沿着特定方向移动。不断调整轴的位置,可使电主轴和测功机具有较高的同轴度,以满足电主轴18000rpm的高转速加载可靠性试验要求。最后,利用求距法推导计算出了电主轴与测功机的同轴度表达式。

航空领域国产加工中心速度谱的研究

为了初步建立航空领域国产加工中心速度谱及其分布模型,对航空领域若干生产企业所使用的7台国产加工中心进行了平均每台1974小时的现场连续跟踪记录,对采集到的加工中心的运行情况、加工零件数目、切削参数、零件每一工步的加工时间等数据进行统计和分析,初步建立了航空领域国产加工中心速度谱,并提出了运用模拟退火优化方法对速度谱的概率密度以及累积分布的数学模型进行参数估计及优化,通过Matlab软件对所建立的模型进行拟合及残差分析,得到了较好的拟合效果。