CK6150数控车床故障诊断研究

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1、第1章绪论1.1选题背景及意义纵观21世纪的社会和经济形势，我国机械制造行业仍以高速向更大规模发展。其中数控车床作为具有高精度、高自动化、高效率的现代化加工设备，在机械加工行业中占有举足轻重的地位，由于目前机械制造业普遍釆用数控车床进行加工，因此对数控车床的故障诊断系统的研究是具有重大意义的。滚珠丝杠副因具有很高的传动效率、定位精度和刚度等特点而成为数控机床进给系统中主要的基础传动部件之一，其作用是将旋转运动转变成直线运动或直线运动转变成旋转运动，在机床的力矩传动以及加工定位过程中占有不可替代的地位。滚珠丝杠副一旦发生故障就会导致数控车床的加工精度下降、加工

2、效率降低，从而导致很大的经济损失。还会带来严重的安全隐患以至于威胁现场工作人员的生命安全。因此，滚珠丝杠副发生故障时，及时对其进行系统的分析，找出机械故障原因并采取有效的解决方案，以便数控车床更加安全有效的运行，避免造成较大损失。1.2国内外数控车床故障诊断现状和发展趋势我国早期故障诊断技术较为落后，只能靠现场工作人员的视听感官对数控车床的故障位置与类型进行简单判断，主观性、局限性较强，无法对易忽视的微小细节故障进行判断，无法满足如今口趋大型化、高速化、自动化的设备要求。随着现代工业和科学技术的迅速发展以及各种先进数学算法的出现，为数控车床故障诊断技术的发展

3、提供了有利的条件⑴。在技术飞速发展的现代，数控车床故障诊断也在朝着高智能，高速、高精度的方向发展，它能在不停机的情况下，对数控车床的各种部件进行监控，并准确判断出车床设备故障原因和部位，避免事故进一步扩大。目前，世界各国都在故障诊断技术领域深入研究并取得显著成果。1.2.1国外滚珠丝杠副故障诊断现状近年来，随着传感器技术和计算机技术的不断发展，对滚珠丝杠副的状态监测与故障诊断技术有了新的发展，国外很多学者对滚珠丝杠副工作状态的监测与故障诊断进行了更深入的研究，研究内容涉及了滚珠丝杠副的振动噪声、摩擦、温升等问题。在国外，对滚珠丝杠副相关技术的研究集屮在口本、

4、美国、韩国等发达国家，口本学者针对外循环插管式滚珠丝杠副的噪声问题进行深入的研究，最终采用局部覆盖法将滚珠在反向器管道中的冲击噪声成功的识别出来⑵⑶⑷。美国威斯康辛大学基于运动学和动力学角度,对滚珠丝杠副在运动过程中的受力情况进行了理论分析。罗马尼亚学者根据受力平衡原理，通过分析滚珠丝杠副中滚珠的受力情况建立摩擦力矩模型，利用数值计算方法研究负荷和运行速度对摩擦力矩的影响⑸。韩国学者分析了数控机床进给传动系统中滚珠丝杠副受热变长的状况，并据此研究了它受热伸长而产生的温差变化⑹。KoderaTakehiko等人还研究出了一种光学测温系统，利用此系统能分析数控机

5、床滚珠丝杠副的热分布情况以及产生的热仲长。1.2.2内滚珠丝杠副故障诊断现状国内滚珠丝杠副行业与发达国家相比而言起步比较晚，只有几十年的发展历史，但经过几十年的发展，也已经逐步跻身于世界先进行列⑺。我国对滚珠丝杠副的研究主要围绕它的刚度、精度、力学、可靠性、性能、故障诊断等方面来开展。山东大学的张佐营基于摩擦力学、接触力学、运动学及结构噪声学等理论，对端部偏转式高速滚珠丝杠副的噪声机理及特性展开研究，为滚珠丝杠副的设计、制造及应用提供了基础罔。宁夏长城机床厂对滚珠丝杠副轴向载荷变化时的计算进行研究，探讨了关于预测及延长滚珠丝杠副使用寿命的理论性问题。西安汉川

6、机床集团对数控机床滚珠丝杠副的支撑方式、丝杠轴中心误差等对其精度的影响进行研究，并针对各种因素提出相应的解决措施⑼。孙奎洲等人对滚珠丝杠副的刚度及接触疲劳寿命的可靠性进行了分析，并对其建立了可靠性优化设计数学模型。上海交通大学对滚珠丝杠副常见的失效形式及产生原因进行简要的分析，并对其使用环境、安装及润滑方面提出了相应的预防措施〔⑼。123滚珠丝杠副故障诊断技术的发展趋势当今故障诊断技术向着传感器的精密、多维化，诊断理论、模型的多元化，诊断技术的智能化方向发展，具体内容如下⑴*（1）最新的传感技术和激光测量技术与之相结合。近年来，激光技术已从军事、医疗等相关行

7、业发展到故障诊断中。（2）最新的信号处理方法与之相结合。小波分析技术在设备故障诊断领域中得到广泛的应用，使传统信号分析在应用上达到了一定的高度。（3）非吸纳性原理和方法与之相结合。机械发生故障吋，其表征经常表现为非线性特征。以混沌和分形几何的完善，这个问题将进一步解决。（4）现代智能方法与之相结合。随着智能科技的不断发展，应用在仪表的故障检测中，并且更加方便实用的出现在工业诊断现场中。智能故障诊断想要在未来工业中发挥更大的用处，人工智能理论或者说人工神经网络知识有必要进行普及，这种高新技术的特点本文会在下一章论述。1.3本论文的主要内容本文的设计重点为基于神

8、经网络的故障诊断，因此神经网络的建立是本次课程设计的