基于载荷谱的主轴电液伺服加载可靠性试验技术研究

发布时间：2017-09-03 01:39

  本文关键词：基于载荷谱的主轴电液伺服加载可靠性试验技术研究

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【摘要】：加工中心为复杂的数控加工装备,广泛应用于各种制造加工行业。由于缺乏科学合理的载荷谱,致使加工中心的可靠性概率设计、关键零部件选型以及可靠性试验缺少依据,导致国产加工中心可靠性水平普遍较低。主轴是加工中心的关键功能部件,其可靠性的高低直接影响整机的可靠性水平。因此,编制科学合理的加工中心载荷谱,对主轴的可靠性试验具有重要意义。 本文结合国家“高档数控机床与基础制造装备”科技重大专项课题和吉林省科学技术厅“特色产业基地建设项目”课题开展研究。对主轴电液伺服加载可靠性试验台进行系统建模和动态特性分析,探讨了国产加工中心载荷谱编制方法,根据编制的载荷谱指导加工中心主轴进行可靠性试验。 论文的研究工作主要包括以下几个方面： 1.依据实验室现有的主轴可靠性试验台,建立了电液伺服加载系统模型,并对该模型进行离散化处理,推导出系统离散化模型,利用最小二乘算法对离散模型进行参数估计,根据得到的系统伯德图确定出试验系统动态力最大加载频率。 2.以驻厂所采集的加工中心切削载荷工艺数据为依据,在实验室进行了正交切削载荷试验,得到了能代表真实工况下的切削载荷数据,对切削载荷数据进行了预处理和快速傅里叶变换(FFT),并利用多元线性回归分析方法建立了各阶动态力频率与试验因素之间的线性回归关系。 3.对切削载荷信号进行了编谱前处理,利用分解合成的方法重构了径向力的时域信号,考虑切削过程中各切削段的影响,对测试载荷进行了分段处理,得到了完整的切削载荷样本数据。 4.从时域的角度利用雨流计数法对切削载荷样本数据进行统计计数,并根据载荷-频次百分比直方图确定了备选概率密度分布模型,然后利用局部最优粒子群优化算法和柯尔莫戈洛夫检验对备选分布模型进行了参数估计和拟合优度检验,得到了最优的切削载荷均、幅值分布模型以及均幅值二维联合分布模型,即径向力幅值谱、均值谱和均幅值二维谱；轴向力幅值谱、均值谱和均幅值二维谱；切削扭矩幅值谱、均值谱和均幅值二维谱。通过对驻厂采集数据的转速和工步时间进行统计,得到了该批数据的主轴转速谱。对各阶动态力频率进行叠加合成,从频域的角度得到了动态力频率谱。 5.利用蒙特卡洛仿真方法得到了该批加工中心主轴子系统的平均故障间隔工作时间(简称MTBF),进而确定了主轴可靠性试验时间,根据程序加载谱编制方法对编制的载荷谱进行改编,确定了主轴可靠性试验方案。
【关键词】：电液伺服加载 载荷谱 分布模型 可靠性试验
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG659
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目录8-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题背景与来源11-12
• 1.1.1 课题背景11
• 1.1.2 课题来源11-12
• 1.2 课题研究目的和意义12
• 1.3 课题的国内外研究现状12-14
• 1.3.1 国内外载荷谱编制方法研究现状12-13
• 1.3.2 国内外主轴可靠性试验研究现状13-14
• 1.4 论文主要研究内容14-17
• 第2章 主轴电液伺服加载系统17-29
• 2.1 引言17
• 2.2 主轴可靠性试验台介绍17-21
• 2.2.1 试验台总体方案17-18
• 2.2.2 机械部分18-19
• 2.2.3 控制部分19-21
• 2.3 电液伺服系统加载原理21-22
• 2.4 电液伺服加载系统建模22-27
• 2.4.1 机械系统建模22-23
• 2.4.2 液压系统建模23-24
• 2.4.3 电液伺服加载系统建模24-25
• 2.4.4 系统离散模型及伯德图25-27
• 2.5 本章小结27-29
• 第3章 切削载荷试验与信号处理29-47
• 3.1 引言29
• 3.2 切削载荷试验29-36
• 3.2.1 试验前准备29-32
• 3.2.2 试验条件32-33
• 3.2.3 试验装置及步骤33-34
• 3.2.4 正交试验设计方案34-36
• 3.3 载荷信号的预处理36-39
• 3.3.1 模拟信号的离散化36
• 3.3.2 趋势项去除36-37
• 3.3.3 数字化滤波37-38
• 3.3.4 异常峰值的识别和剔除38-39
• 3.4 多元线性回归分析39-45
• 3.4.1 多元线性回归分析模型40-41
• 3.4.2 偏回归系数的估计41-42
• 3.4.3 模型的显著性检验42-43
• 3.4.4 偏回归系数的显著性检验43-45
• 3.5 本章小结45-47
• 第4章 载荷谱的编制47-63
• 4.1 引言47
• 4.2 统计计数方法47-51
• 4.2.1 雨流计数法计数原理47-48
• 4.2.2 雨流计数法的程序实现48-51
• 4.3 切削载荷编谱前处理51-53
• 4.3.1 铣削力的分解51
• 4.3.2 径向力的时域重构51-52
• 4.3.3 切削载荷数据的分段处理52-53
• 4.4 切削载荷均幅值分布模型及检验53-58
• 4.4.1 载荷分布模型建立53-55
• 4.4.2 模型参数估计与拟合优度检验55-57
• 4.4.3 切削载荷均幅值二维联合分布模型57-58
• 4.5 转速谱与动态力频率谱编制58-61
• 4.5.1 主轴转速谱分布模型58-60
• 4.5.2 动态力频率谱分布模型60-61
• 4.6 本章小结61-63
• 第5章 主轴可靠性试验方案63-73
• 5.1 引言63
• 5.2 主轴可靠性试验时间确定63-66
• 5.2.1 加工中心整机MTBF63-64
• 5.2.2 主轴子系统MTBF64-66
• 5.3 主轴可靠性试验66-71
• 5.3.1 可靠性试验简介66-67
• 5.3.2 主轴可靠性试验前准备67
• 5.3.3 主轴可靠性试验方案67-71
• 5.4 本章小结71-73
• 第6章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-81
• 附录A81-82
• 附录B82-83
• 附录C83-85
• 攻读硕士期间的研究成果85-87
• 致谢87

【引证文献】

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 陈超;高速电主轴动态加载可靠性试验及其故障诊断研究[D];吉林大学;2016年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 朱光;基于对拖加载的电主轴可靠性试验台研制[D];吉林大学;2016年

2 周传阳;加工中心主轴载荷谱编制及疲劳寿命预测研究[D];吉林大学;2016年

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本文编号：782150