数控机床主轴系统性能劣化分析及误差补偿技术研究

摘要

数控机床主轴系统作为数控加工装备的关键部件，其性能劣化直接影响产品的加工精度。主轴系统性能劣化和误差补偿研究对提高数控机床加工精度和可靠性具有重要的应用价值。本论文结合国家科技重大专项项目“数控机床故障预警诊断技术及基于功能部件的可重构监测诊断系统”（项目编号：2009ZX04014-101-01），研究了主轴系统的动态特性，分析了性能劣化原因，构建了劣化分析和可靠性评估体系，开发了基于特征参数提取的可靠性监测系统，并针对主轴性能劣化产生的动态误差设计了在线检测系统和提出了动态误差软件补偿方法，并通过实验验证了该检测系统和补偿方法的有效性。论文的主要研究内容和相关章节安排如下：
　　 第一章论述了数控机床主轴系统性能劣化及补偿技术研究的重要意义，综述了机械系统性能劣化、主轴系统特性和补偿技术的研究现状，最后给出了本文主要研究内容和总体结构。
　　 第二章分析数控机床主轴系统结构，建立了主轴系统的动力学和仿真模型。通过仿真模型进行模态分析和谐响应分析，分析了主轴系统模态振型和不同激励力作用下的动态响应，为数控机床主轴系统特征参数提取和误差分析提供了理论依据。
　　 第三章分析了数控机床主轴系统性能劣化的原因，提出了一种自回归的数控机床主轴系统性能劣化建模方法，结合可靠性评估方法研究提出了一种数控机床主轴系统可靠性评估方法，在此基础上构建了主轴系统性能劣化可靠性分析体系。
　　 第四章分析了可靠性监测系统的需求，设计了数控机床主轴系统性能劣化可靠性分析系统的总体框架，并开发了包含数据采集、状态监测、信号分析与特征参数提取、性能劣化分析、可靠性分析等五个模块的可靠性监测系统，测试验证了该系统的有效性、实时性和稳定性。
　　 第五章分析了主轴系统性能劣化后动态误差产生的原因，设计了动态误差的检测系统，提出了该误差的软件补偿方法，验证了在线检测系统和补偿方法的有效性。
　　 第六章回顾与总结本文的工作，展望了下一步工作。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 数控机床主轴系统性能分析及误差补偿研究的重要意义

1.2 数控机床主轴系统性能劣化及误差补偿技术研究现状

1.2.1 机械系统性能劣化研究现状

1.2.2 主轴系统相关研究现状

1.2.3 动态补偿技术研究现状

1.3 数控机床性能监测和补偿技术应用现状

1.4 本文的研究内容和总体结构

第2章 数控机床主轴系统动力学特性分析

2.1 数控机床主轴系统的基本结构

2.2 数控机床主轴系统动力学建模

2.2.1 主轴系统动力学模型

2.2.2 有限元分析方法及仿真

2.3 数控机床主轴系统动力学仿真分析

2.3.1 主轴系统模态分析

2.3.2 主轴系统谐响应分析

2.4 本章小结

第3章 数控机床主轴系统性能劣化分析

3.1 数控机床主轴系统性能劣化原因分析

3.2 基于自回归劣化模型的数控机床主轴系统性能劣化分析

3.2.1 机械系统性能劣化建模方法

3.2.2 基于自回归分析的数控机床主轴系统性能劣化建模方法 纪

3.2.3 数控视床主轴系统劣化程度识别

3.3 基于失效物理模型的数控机床主轴系统可靠性评估方法

3.3.1 可靠性评估方法

3.3.2 基于失效物理模型的主轴系统可靠性评估方法

3.4 数控机床主轴系统性能劣化可靠性分析的体系框架

3.5 本章小结

第4章 基于特征参数提取的可靠性监测系统开发

4.1 基于特征参数提取的可靠性监测系统需求分析

4.2 基于特征参数提取的可靠性监测系统总体框架设计

4.3 基于特征参数提取的可靠性监测系统开发

4.3.1 数据采集模块

4.3.2 状态监测模块

4.3.3 信号分伯与特征参数提取模块

4.3.4 性能劣化分析模块

4.3.5 可靠性分析模块

4.4 基于特征参数提取的可靠性监测系统测试

4.5 本章小结

第5章 基于数控机床主轴性能劣化的动态误差补偿技术

5.1 基于数控机床主轴性能劣化的动态误差原因分析

5.2 基于主轴系统性能劣化的动态误差补偿方法研究

5.3 基于主轴系统性能劣化的误差补偿系统

5.4 误差检测和补偿实验

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 结论

6.2 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文及参加的项目

致谢