高速数控车床动态性能监控系统的研究与设计

发布时间：2017-03-24 19:07

  本文关键词：高速数控车床动态性能监控系统的研究与设计，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：高速数控机床是制造业典型尖端设备,其发展水平是评定综合国力重要标志,动态性能较差、监控困难是制约我国高速数控机床发展的重要因素。高速数控车床加工是多种制造资源相互联接与作用构成的非线性动力学系统,具有整体性、非平衡性、时变性、混沌性等复杂系统特点,从测控学科视角出发,应采用复杂系统理论研究并完成监控系统设计,主要成果如下:(1)在分析高速数控车床动态性能及其监控复杂性来源、呈现特点及CA对高速数控车床动态性能研究适用性基础上,从动态性能演化根源——振动出发研究其变化规律,建立高速数控车床主轴动态性能二维概率型CA模型,并通过MATLAB仿真得出了振动强度可变性、振动敏感点位置可变性、异相振动边界可变性等动态性能演化规律。(2)用ANSYS Workbench对高速数控车床主轴数字样机进行动力分析,将分析结果与CA模型仿真结果对比,证明CA模型建模仿真正确性。(3)为了解决复杂工况条件下数控车床主轴系统监测敏感点动态调整问题,提出采用元胞自动机的动态性能监控总体设计方案,重点研究了影响整体动态性能的监测敏感点确定方法和实验方案。结合主轴系统CA演化规律和具体监测要求,确定传感器类型、安装位置和采集策略;为降低信号噪声、提取动态性能参数,采用去除多项式趋势和统计、时域、频域等信号处理方法,得到了敏感点的振动特征参数;结合复杂工况条件下工艺参数,将利用BP神经网络得到的输出结果与实际监测结果比较判断影响敏感点振动的因素,为控制决策提供依据。(4)采用Visual C++与MATLAB完成数控车床动态性能监控系统的设计与实现,并对空转及切削条件下主轴敏感点振动参数进行实测,分析表明:CA模型用于挖掘数控机床主轴系统动态性能演化规律具有可行性,并验证了确定的监测敏感点的合理性及实用性。集复杂系统建模分析、数字样机仿真测试及敏感特征点试验于一体的动态性能监控系统研发,对提高监控能力、优化监控过程具有极其重要的作用,为复杂装备性能监控和健康维护提供一种新思路。
【关键词】：复杂系统理论 元胞自动机 数字样机 动态性能监控
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG519.1
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-18
• 1.1 课题的背景及意义10-11
• 1.2 国内外相关技术研究现状11-14
• 1.2.1 数控机床动态性能研究国内外发展现状11-12
• 1.2.2 数控机床动态特性监控技术国内外发展现状12-13
• 1.2.3 存在的主要问题13-14
• 1.3 课题提出及主要研究内容与总体框架14-18
• 1.3.1 课题的提出14
• 1.3.2 主要研究内容14-15
• 1.3.3 论文总体框架15-18
• 第二章 元胞自动机（CA）理论基础18-28
• 2.1 元胞自动机概述18-19
• 2.2 元胞自动机的思想基础和基本原理19-21
• 2.2.1 元胞自动机的思想基础19
• 2.2.2 元胞自动机的基本原理及特点19-20
• 2.2.3 元胞自动机的优点20-21
• 2.3 元胞自动机模型及有关定义21-22
• 2.3.1 元胞自动机的数学定义21
• 2.3.2 元胞自动机的物理学定义21-22
• 2.4 元胞自动机的分类及构成22-25
• 2.4.1 元胞自动机的分类22-23
• 2.4.2 元胞自动机的构成23-25
• 2.4.2.1 元胞及其状态23
• 2.4.2.2 元胞空间23-24
• 2.4.2.3 邻居24-25
• 2.4.2.4 演化规则25
• 2.5 本章小结25-28
• 第三章 基于元胞自动机的高速数控车床动态性能演化规律研究28-40
• 3.1 概述28-29
• 3.2 高速数控车床动态性能监控复杂性分析29-32
• 3.2.1 高速数控车床动态性能复杂性分析29-30
• 3.2.2 高速数控车床动态特性复杂性定义及测度30-31
• 3.2.3 高速数控车床动态特性监控复杂性分析31-32
• 3.2.4 小结32
• 3.3 高速数控车床动态性能的CA模型建立32-36
• 3.3.1 引言32
• 3.3.2 CA模型建立流程32-33
• 3.3.3 CA模型建立33-36
• 3.3.3.1 基于元胞自动机模型的高速数控车床性质分析33-34
• 3.3.3.2 元胞划分34
• 3.3.3.3 确定初始状态34-35
• 3.3.3.4 构造演化规则35-36
• 3.4 高速数控车床动态性能演化的二维CA模型仿真模拟36-39
• 3.4.1 仿真参数设定36-37
• 3.4.2 演化过程及结果37-39
• 3.5 本章小结39-40
• 第四章 高速数控车床动态性能数字样机仿真测试及CA模型有效性分析40-56
• 4.1 概述40-41
• 4.2 高速数控车床主轴虚拟样机模型的建立41-47
• 4.2.1 虚拟样机建模流程41-42
• 4.2.2 高速数控车床主轴三维模型构建42-43
• 4.2.3 基于有限元理论的高速数控车床主轴模型构建43-47
• 4.2.3.1 有限元数值模拟理论及研究问题43-44
• 4.2.3.2 有限元软件选择及分析流程44
• 4.2.3.3 主轴有限元模型建立44-47
• 4.3 高速数控车床主轴动态性能的仿真测试47-51
• 4.3.1 动态性能分析理论基础47-48
• 4.3.2 高速数控车床主轴动态性能有限元分析48-51
• 4.3.2.1 主轴的模态分析48-49
• 4.3.2.2 主轴的谐响应分析49-51
• 4.4 高速数控车床主轴动态性能CA模型与虚拟样机模型对比分析51-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第五章 基于元胞自动机的高速数控车床动态性能监控系统设计与实验56-82
• 5.1 引言56
• 5.2 基于CA的高速数控车床动态性能监控系统的总体设计56-59
• 5.2.1 总体方案设计56-57
• 5.2.2 监测对象及基于CA的监测敏感点确定57-59
• 5.3 硬件系统设计59-64
• 5.3.1 硬件系统总体框架59-61
• 5.3.1.1 硬件系统组成及各部关系59-60
• 5.3.1.2 主要组成部件介绍60-61
• 5.3.2 传感器的选型及安装要求61-64
• 5.3.2.1 内置传感器选择及信号利用方法62-63
• 5.3.2.2 外置传感器选择及信号利用方法63-64
• 5.4 基于元胞自动机的高速数控车床动态性能监控软件系统的设计与实现64-77
• 5.4.1 软件系统的需求分析64-65
• 5.4.2 软件功能模块的划分及工作流程65-67
• 5.4.3 信号调理与数据分析关键技术67-71
• 5.4.3.1 信号调理技术68-69
• 5.4.3.2 信号分析69-71
• 5.4.4 基于BP神经网络的控制决策确定71-74
• 5.4.4.1 人工神经网络概述71
• 5.4.4.2 BP神经网络模型71-72
• 5.4.4.3 基于BP神经网络的高速数控车床动态性能监控决策方案72-74
• 5.4.5 软件平台介绍与实现74-77
• 5.4.5.1 软件平台74-75
• 5.4.5.2 高速数控车床动态性能监控系统软件实现75-77
• 5.5 基于CA模型动态性能敏感点的监测实验77-80
• 5.5.1 空转条件下数控车床主轴系统敏感点振动测试实验77-80
• 5.5.2 切削条件下数控车床主轴系统敏感点振动测试实验80
• 5.6 本章小结80-82
• 第六章 结论与展望82-84
• 6.1 工作内容与结论82-83
• 6.2 未来工作展望83-84
• 参考文献84-90
• 致谢90-92
• 攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果92

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 Ronald J.Schaefer;韩东选;;橡胶的动态性能(4)[J];橡胶参考资料;1995年10期

2 Ronald J.Schaefer;王贵一;;橡胶的动态性能(8)[J];橡胶参考资料;1996年08期

3 Ronald J.Schaefer;辜晓乐;;橡胶的动态性能(5)[J];橡胶参考资料;1995年11期

4 吴东锦,燕海亮,徐卫军,朱韶东;提高负重轮橡胶动态性能的研究[J];装甲兵工程学院学报;2003年02期

5 Philippe Magnien;陈子新;;测定橡胶动态性能的三种仪器的操作方法及性能[J];热带作物译丛;1984年03期

6 Ronad J.Schaefer;王韶晖;;橡胶的动态性能(七)[J];橡胶参考资料;1996年01期

7 Ronald J.Schaefer;伍兆敏;;橡胶的动态性能(1)[J];橡胶参考资料;1995年07期

8 朱琳;;具有良好耐热性、低温性能和动态性能的AEM[J];橡胶参考资料;2008年04期

9 姚翔;;老化过程中动态性能的稳定[J];橡胶参考资料;2003年02期

10 Ronald J.Schaefer;乔建新;;橡胶的动态性能(6)[J];橡胶参考资料;1995年12期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 曹华珍;陈旭;荆勇;余军;班连庚;;广东直流多落点的动态性能和交直流相互影响初步分析[A];广东省电机工程学会2003-2004年度优秀论文集[C];2005年

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 杨帅;机械产品动态性能建模、分析、优化及工程应用研究[D];天津大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 兰博骁;高速数控车床动态性能监控系统的研究与设计[D];河北工业大学;2015年

2 杨兆欣;测试系统辨识方法及动态性能改进研究[D];中北大学;2009年

3 孙磊;曲轴内铣机床动态性能分析与研究[D];沈阳航空航天大学;2012年

  本文关键词：高速数控车床动态性能监控系统的研究与设计，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：266023