【摘 要】
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数控机床是各类装备加工制造的关键,其可靠性已经成为制约我国装备制造业走向高端的主要障碍之一。转台是数控机床的关键功能部件,除了影响数控机床的加工效率和加工精度外,转台的运动状态与可靠性将直接影响机床整机性能和可靠性。现有的对数控转台可靠性的研究多从机械结构入手,忽略了数控转台工作过程中运动参数的变化,而这些运动参数能否达到规定值、其偏差是否满足设计要求决定了数控转台能否实现其功能和性能。因此,从运
【基金项目】
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国家自然科学基金重点项目“复杂机电产品以元动作可靠性为中心的多元质量特性协同设计技术研究”。(项目批准号:51835001);
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数控机床是各类装备加工制造的关键,其可靠性已经成为制约我国装备制造业走向高端的主要障碍之一。转台是数控机床的关键功能部件,除了影响数控机床的加工效率和加工精度外,转台的运动状态与可靠性将直接影响机床整机性能和可靠性。现有的对数控转台可靠性的研究多从机械结构入手,忽略了数控转台工作过程中运动参数的变化,而这些运动参数能否达到规定值、其偏差是否满足设计要求决定了数控转台能否实现其功能和性能。因此,从运动角度分析数控转台的可靠性,研究运动过程中因为某些因素导致转台相应的运动参数无法满足预先规定的标准而发生故障的问题,对提高数控转台的可靠性,保证数控机床顺利完成工件加工功能,实现其服役周期内长期稳定运行有重要的意义。现有针对数控转台可靠性研究的论文较少,研究数控转台的运动可靠性从理论到实际应用还有很多问题需要解决。本文主要从以下几个方面展开研究:(1)基于元动作单元的组成结构及其作用,将元动作单元零件分为五大组成要素。在此基础上给出了元动作运动可靠性的定义,并根据元动作的运动特点,建立了两类典型元动作的运动学模型,得到了评价元动作运动可靠性的运动性能参数。从运动性能是否满足规定阈值的要求出发,分析元动作运动过程中的主要故障模式,利用给出的多故障模式,建立考虑不同故障模式的元动作运动可靠性模型。以某加工中心的数控转台为例,通过“功能-运动-动作”的分解方式得到六个元动作,并在此基础上分别对每个元动作建立了考虑多故障模式的元动作运动可靠性模型。(2)为实现对元动作运动可靠性影响因素的分析,针对故障产生的原因,将影响因素归纳为随机影响因素和累积影响因素,并详细分析了随机因素和几类常见累积因素对元动作运动可靠性的影响。最后,对影响因素抽取样本,采用蒙特卡洛方法计算元动作的故障概率以及运动可靠度。以本文的数控转台为例,分别对数控转台的六个元动作进行运动可靠性分析,建立不同影响因素与元动作故障表征参数之间的关系,计算不同元动作的多因素共同作用下的故障概率以及运动可靠度。(3)为建立数控转台的运动可靠性模型,考虑到数控转台中的各个元动作在结构和运动中存在相关性,提出了一种面向复杂机械产品的多准则模糊关联综合评价的元动作相关性分析方法。基于元动作之间的运动与结构关系,提出了一种模糊证据理论算法,实现元动作之间不同关联信息的融合,解决了元动作之间信息模糊或缺失的问题,并在此基础上利用三角模糊数可能度关系的指标权重确定方法实现对元动作重要度排序。根据元动作重要度排序及不同元动作在数控转台运动过程中所占权重,结合数控转台运动可靠性模型,计算得到转台整机的运动可靠度。
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