數(shù)控機(jī)床主軸組件故障的知識(shí)發(fā)現(xiàn)研究.pdf

1、數(shù)控機(jī)床故障診斷及維護(hù)是機(jī)床調(diào)試和使用過(guò)程中的重要組成部分，是目前制約數(shù)控機(jī)床發(fā)揮正常作用的主要因素之一。現(xiàn)有數(shù)控機(jī)床故障自診斷系統(tǒng)能夠診斷常見(jiàn)電器系統(tǒng)故障及簡(jiǎn)單的與系統(tǒng)相連部件的故障，但故障出現(xiàn)率較高且引起機(jī)床加工質(zhì)量下降的機(jī)械類故障的自診斷基本上還是盲點(diǎn)，而主軸組件的故障在此類故障中占了相當(dāng)比重，這也一直是國(guó)內(nèi)外數(shù)控機(jī)床故障診斷領(lǐng)域的難題。
　　本文針對(duì)性提出從軟計(jì)算理論的全新視角解決該問(wèn)題，對(duì)在獲取故障知識(shí)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段和知

2、識(shí)發(fā)現(xiàn)階段的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題展開(kāi)了較為深入的研究和探索。
　　在知識(shí)獲取的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備階段，進(jìn)行了兩個(gè)方面的研究工作。
　　首先選取數(shù)控機(jī)床主軸系統(tǒng)的兩大組件即滾動(dòng)軸承和齒輪作為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)比分析它們與一般機(jī)械振動(dòng)的機(jī)理后得到結(jié)論，即滾動(dòng)軸承故障主要表現(xiàn)為表面磨損和剝落，而主軸齒輪最主要的故障來(lái)源于運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生的齒面均勻磨損和局部剝落故障。對(duì)前者，在進(jìn)行知識(shí)獲取過(guò)程提取特征時(shí)可以用基頻及其整數(shù)或分?jǐn)?shù)倍頻處幅值為特征參數(shù);對(duì)后者，可

3、以依據(jù)振動(dòng)信號(hào)嚙合頻率及其兩側(cè)產(chǎn)生的邊頻帶的組合頻譜診斷故障。針對(duì)主軸齒輪故障數(shù)據(jù)獲取時(shí)的測(cè)點(diǎn)布置優(yōu)化問(wèn)題，采用有限元建模分析和諧響應(yīng)分析，確定出主軸箱振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的理論最佳位置。搭建了以上兩種組件故障模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，為后續(xù)研究工作獲取原始數(shù)據(jù)做了準(zhǔn)備。
　　其次，從數(shù)據(jù)采集和處理角度，特別提出使用一個(gè)三階低通巴特沃斯濾波器和一個(gè)三階高通巴特沃斯濾波器建立的帶通濾波器進(jìn)行濾波，并對(duì)該濾波過(guò)程進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析;為了實(shí)現(xiàn)將傳感器獲取數(shù)據(jù)的融合

4、，針對(duì)單一傳感器數(shù)據(jù)融合的時(shí)間性問(wèn)題，提出了結(jié)合算術(shù)均值與遞推估計(jì)的數(shù)據(jù)融合方法，獲得了比算術(shù)平均值更可靠的測(cè)量結(jié)果，而針對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)融合的空間性問(wèn)題，提出一種多傳感器數(shù)據(jù)的加權(quán)融合算法，不同的傳感器按照相應(yīng)的權(quán)數(shù)，在總均方誤差最小這一最優(yōu)條件下，根據(jù)各個(gè)傳感器所得到的測(cè)量值以自適應(yīng)的方式尋找其對(duì)應(yīng)的權(quán)數(shù)，使融合后的數(shù)據(jù)結(jié)果達(dá)到最優(yōu)，并提出采用信息熵來(lái)評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)融合的效果。
　　在故障數(shù)據(jù)的知識(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)程階段，分別對(duì)兩種組件的故障采

5、取不同軟計(jì)算方法獲取了故障知識(shí)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)了故障診斷。
　　針對(duì)滾動(dòng)軸承故障實(shí)驗(yàn)所獲取數(shù)據(jù)，分別運(yùn)用基于等間距聚類與屬性重要度約簡(jiǎn)算法和基于k-均值聚類與區(qū)分矩陣約簡(jiǎn)算法，均實(shí)現(xiàn)表面磨損和剝落故障及正常狀態(tài)三種模式的知識(shí)及規(guī)則的獲取。
　　針對(duì)數(shù)控機(jī)床主軸齒輪的典型故障診斷，構(gòu)建了一種具有三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本的訓(xùn)練和仿真，實(shí)例結(jié)果驗(yàn)證了該方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪齒面均勻磨損故障、齒面局部剝落故障以及正常狀