基于元动作的数控转台精度剩余寿命预测方法研究

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随着制造业的发展,越来越需要更加先进的加工制造设备,对于高精数控机床来说,这恰恰是我国的一大软肋。数控转台作为数控机床的核心部件,机床的加工精度和稳定性都会直接受其精度的影响。我国对数控转台的研究起步较晚,虽然得到快速发展,但仍与发达国家存在较大差距,尤其在数控转台精度保持性方面。同时对于大多用户来说,等到转台失效或者精度超差才去主动维修,导致维修时间久,成本高,缺乏预防性维修策略。本课题来源于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”(项目编号:51835001),以数控转台为研究对象,以元动作理论为基础,对数控转台进行精度退化的研究,掌握其退化模式、进行精度剩余寿命预测对保证数控机床加工精度、预测机床状态和提供预防性维修策略都有至关重要的作用。本文主要研究内容有:(1)介绍了元动作相关理论和FAMP结构化分解技术,并对数控转台进行FAMP结构化分解,以元动作单元作为数控转台运动最小动作单元,综合考虑组成元动作单元的零件和结构特性,详细分析了组成数控转台元动作链的各个元动作单元的精度退化模式和退化过程包括:电机齿轮元动作单元、蜗杆转动元动作单元和工作台转动元动作单元,为后续精度剩余寿命预测奠定基础。(2)在分析组成数控转台元动作链的各个元动作单元精度退化模式和过程的基础之上,定量分析了各个元动作单元的精度退化量,建立元动作单元精度退化和数控转台精度退化之间的映射关系,并得出重要精度退化指标,然后分析了元动作单元重要精度退化指标间的相关性,针对传统概率分析相关性的不足,提出了基于Copula函数的元动作精度指标相关性分析,并考虑到精度退化过程的随机性,建立了基于维纳过程的元动作精度剩余寿命预测模型,最后通过由元动作精度退化模型计算的数据验证其可行性。(3)为了进一步验证元动作精度退化模型和精度剩余寿命预测模型的可行性,搭建了数控转台元动作精度退化试验台,通过试验得到数控转台元动作的分度精度和重复定位精度两个重要指标的退化数据,对数控转台元动作退化模型计算数据和实验数据进行对比,同时结合退化数据进行精度剩余寿命的预测,验证了模型的可行性。
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