论文部分内容阅读
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。