基于经验模态分解方法的加工误差溯源研究

发布时间：2017-09-18 11:54

  本文关键词：基于经验模态分解方法的加工误差溯源研究

  更多相关文章： 加工误差溯源 经验模态分解方法 Hilbert谱 误差模型

【摘要】：二十一世纪是“质量的世纪”,随着企业竞争的不断深化,质量越来越成为企业赖以生存和发展的基础。 加工精度是机械类产品质量的基石。被加工工件在多种多样的误差源综合影响下,难免会出现加工误差,当加工过程出现异常时,只有很少一部分时间用于进行异常的处理,80%以上的时间都被用来判断异常的来源。传统的以统计方法为基础的加工误差溯源方法需要大量的样本数据,很难适用于目前主流的多品种小批量生产方式。为克服传统方法的不足,本文提出了基于经验模态分解方法的加工误差溯源方法,对加工过程中的误差源进行追溯,以提出合理、准确的调整措施。主要研究内容包括三方面： (1)对经验模态分解方法的理论进行了研究,并将其应用到加工误差信号处理当中。分析了端点效应产生的原因,提出了用极值点对称延拓法和灰色误差分离方法联合抑制端点效应的方法。用MATLAB对经验模态分解方法和其端点效应抑制方法进行了编程实现,并对模拟信号进行分解,验证了本文提出的端点效应抑制方法的有效性。 (2)用经验模态分解方法将工件加工误差进行分解,得到其形状误差曲线,并根据形状误差曲线特征进行误差溯源。提出用工件表面Hilbert谱进行加工误差诊断的方法。通过对机床主轴、导轨和传动链在加工过程中误差的频率特性进行分析,得出了当出现主轴不平衡和不对中等故障、导轨不平衡故障、传动链内部零件故障和切削力故障时Hilbert谱的频谱特征,进而进行加工误差的诊断,并用经验模态分解方法对工件表面加工误差进行了溯源。 (3)在轴承、主轴刚度分析的基础上,提出了主轴系统力变形的优化计算方法,建立了主轴的力变形误差模型。通过对导轨进行受力分析,建立了切削力和导轨五项几何误差的关系,从而建立了机床导轨力变形误差模型。当工件表面Hilbert谱高频部分出现高能量集中时,说明切削力为主要误差源,提出了用经验模态分解方法和机床误差模型对切削力产生的工件表面实际加工误差进行溯源的方法,并用模拟信号对切削力加工误差溯源的过程进行了模拟,通过对信号进行相关性分析,证明了基于经验模态分解方法和机床误差模型进行加工误差溯源的有效性。最后,对机床主轴的力变形误差模型进行了修正,使其能准确计算切削力静态部分引起的主轴误差。
【关键词】：加工误差溯源 经验模态分解方法 Hilbert谱 误差模型
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH161;TG502
【目录】：

• 摘要9-11
• Abstract11-13
• 第1章 绪论13-21
• 1.1 课题研究背景和意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.2.1 误差源误差模型研究现状14-16
• 1.2.2 误差源误差测量研究现状16-17
• 1.2.3 基于信号处理方法的加工误差溯源研究现状17-18
• 1.2.4 研究存在的问题18-19
• 1.3 本文研究内容19-21
• 第2章 EMD方法及其端点效应解决方法21-35
• 2.1 经验模态分解方法21-26
• 2.1.1 时间尺度参数22
• 2.1.2 瞬时频率和本征模态函数22-23
• 2.1.3 EMD分解基本原理23-26
• 2.1.4 Hilbert变换26
• 2.2 经验模态分解方法的端点效应及其解决方法26-32
• 2.2.1 端点效应的解决方法讨论26-28
• 2.2.2 极值点对称延拓法28-29
• 2.2.3 灰色误差分离方法29-32
• 2.3 端点效应抑制效果比较分析32-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第3章 基于经验模态分解方法的加工误差溯源研究35-45
• 3.1 信号的Hilbert谱35-36
• 3.2 基于工件表面形状误差特征分析的加工误差溯源36-38
• 3.3 机床部件频率特性研究38-39
• 3.3.1 机床主轴频率特性研究38-39
• 3.3.2 机床传动链和导轨频率特性研究39
• 3.4 基于工件表面谱特征分析的误差源识别39-40
• 3.5 加工误差溯源研究40-44
• 3.5.1 机床主轴误差诊断与溯源40-41
• 3.5.2 导轨和传动链误差诊断和溯源41-43
• 3.5.3 力变形加工误差诊断和溯源43-44
• 3.6 本章小结44-45
• 第4章 机床主轴力变形误差模型45-59
• 4.1 轴承和结合面刚度计算方法45-48
• 4.1.1 轴承刚度计算方法45-47
• 4.1.2 结合面刚度计算方法47-48
• 4.3 多支承阶梯轴变形量的计算48-52
• 4.3.1 阶梯轴的等效转换48-50
• 4.3.2 多支承超静定轴变形的优化算法50-52
• 4.4 主轴误差与零件加工误差的关系52-54
• 4.5 实例计算54-58
• 4.5.1 迭代计算方法55-57
• 4.5.2 轴变形的优化计算方法57-58
• 4.6 本章小结58-59
• 第5章 机床导轨误差模型59-69
• 5.1 单一接触面的力变形数学模型59-63
• 5.1.1 坐标系的确定和参考点选择60-61
• 5.1.2 单一接触面的力学模型61-63
• 5.2 滑板和导轨的数学模型63-66
• 5.3 导轨误差和工件加工误差的关系66-68
• 5.4 本章小结68-69
• 第6章 力变形加工误差溯源研究69-83
• 6.1 力变形加工误差溯源方法69-70
• 6.2 机床主轴和导轨力变形误差识别70-75
• 6.2.1 模拟信号的生成70-71
• 6.2.2 误差模型结果数据的分解71-73
• 6.2.3 工件误差模拟信号分解73-75
• 6.3 信号的相关性分析方法75-79
• 6.4 机床主轴误差模型修正79-81
• 6.5 本章小结81-83
• 结论与展望83-85
• 参考文献85-91
• 致谢91-92
• 学位论文评阅及答辩情况表92

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李成贵;李宝贵;孙丹;熊昌友;;基于HHT变换的超光滑加工表面谱特征分析[J];北京航空航天大学学报;2006年11期

2 钱学毅;许丹;;数控镗床主轴系统动态特性分析[J];广西工学院学报;2009年04期

3 李欣;梅德庆;陈子辰;;基于经验模态分解和希尔伯特-黄变换的精密孔镗削颤振特征提取[J];光学精密工程;2011年06期

4 宋洪庆;吴次南;吴学科;王新锋;汪红;;对悬臂梁的挠度近似计算中误差的探讨[J];贵州大学学报(自然科学版);2008年01期

5 池龙珠;;平面磨削形状误差的分析[J];航空精密制造技术;2006年06期

6 杨智;戴一帆;王贵林;;小波在基于功率谱密度特征曲线评价中的应用[J];激光技术;2007年06期

7 马锡琪;数控机床运动误差的测试装置——双球规测量仪[J];计量与测试技术;1996年04期

8 张广鹏,史文浩,黄玉美;机床导轨结合部的动态特性解析方法及其应用[J];机械工程学报;2002年10期

9 徐宁,侯仰海,邢彦峰;利用ACF和PSD对微观表面特性研究[J];机械研究与应用;2004年05期

10 毕果;郭隐彪;杨峰;;基于经验模态分解的精密光学表面中频误差识别方法[J];机械工程学报;2013年01期

，

本文编号：875365