滚珠丝杠性能退化机制
滚珠丝杠性能退化机制
数控机床是加工制造业的关键设备，数控制造技术是先进的制造技术之一，其水平直接反映了一个国家制造业的实力。制造业也是国计民生和国家安全的支柱产业。滚珠丝杠是数控机床不可缺少的关键部件，其性能状态直接影响数控机床的加工质量和生产效率。为了提高国内数控机床的整体技术水平，确保制造业的健康发展，特别有必要研究滚珠丝杠的性能退化机制，并评估滚珠丝杠的性能退化过程。滚珠丝杠的使用寿命约为 10 年。性能逐渐下降，传动精度逐渐下降，最终导致滚珠丝杠故障甚至报废。为实时准确评价滚珠丝杠的性能状态，制定智能维护计划和备件计划，分析磨损、振动和冲击的影响因素，建立滚珠丝杠性能评价体系，具体工作如下：
对于滚珠丝杠的应力分析，首先分析了不同结构的接触载荷特性、曲率变化、接触区域摩擦特性和滚珠的应力特性，研究了接触应力和摩擦扭矩对滚珠丝杠磨损、疲劳和振动的影响，并分析了滚珠的运动，揭示了滚珠丝杠性能退化的机制。
根据滚珠丝杠的结构、性能退化特点和工作过程，提出了滚珠丝杠性能退化评价的目的和原则，系统科学地分析了性能退化规律，并采用定性分析和定量分析相结合的方法实现了滚珠丝杠实时性能评价。
分析滚珠丝杠的精度参数和性能参数与性能的对应关系，建立滚珠丝杠性能退化评价指标集，建立滚珠丝杠性能评价体系结构和性能退化评价体系。
数控机床根据信号特性，建立滚珠丝杠性能退化试验方案，确定振动传感器、电流传感器型号、采集系统等硬件。
利用动态模糊神经网络建立滚珠丝杠副性能退化评价模型，实现信号特征与丝杠副性能状态的映射关系，分布对网络预测精度有很大影响。
研究表明，滚珠准确提取性能退化特性，解决大量数据问题，建立动态聚类数据简化算法，通过调整动态聚类阈值来调整评价精度和系统的动态响应特性。
能量谱分析振动信号和电流信号的能量分布作为性能退化评价和电流信号的能量分布作为性能退化评价模型的输入参数。同时，结合指标的定性分析，提高了性能退化评价的精度。
为了解决数控机床在工作过程中无法实时测量摩擦扭矩的问题，假设所有驱动电机输出扭矩都用于克服摩擦扭矩，该方法建立了电流信号与摩擦扭矩之间的映射关系。将摩擦扭矩作为性能评价模型的输入，以提高性能退化评价的精度。
根据性能退化和磨损程度的评价结果，建立了实用的智能维护模型。根据该模型，可以确定数控机床滚珠丝杠等关键部件的智能维护方案，合理制定备件计划，有利于简化维护成本和备件成本，有效提高数控机床的使用效率。
上述对提高滚珠丝杠的性能，减少维护维修成本和备件成本，有效提高数控机床的加工性能和效率，具有重要的理论意义和工程实用价值。
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