專利名稱：一種絲杠副、導(dǎo)軌副性能退化的圖示化分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)械系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷領(lǐng)域，具體地講，是ー種絲杠副或?qū)к壐毙阅芡嘶膱D示化分析方法。
背景技術(shù)：
隨著我國制造業(yè)水平的提升，數(shù)控機(jī)床已成為機(jī)械加工領(lǐng)域的重要設(shè)備，在各種精密、復(fù)雜的零件加工中得到了廣泛應(yīng)用。絲杠副、導(dǎo)軌副作為數(shù)控機(jī)床傳動及導(dǎo)向的關(guān)鍵精密組成部件，其性能的好壞直接影響加工エ件的精度。而絲杠副、導(dǎo)軌副在復(fù)雜甚至惡劣的エ況條件下運(yùn)行，磨損導(dǎo)致其性能的不斷退化，因此，有必要對絲杠副、導(dǎo)軌副的性能退化程度進(jìn)行監(jiān)測與評估，為其維護(hù)與保養(yǎng)提供可靠依據(jù)。當(dāng)絲杠副、導(dǎo)軌副的性能退化到一定程度吋，即可認(rèn)為發(fā)生了故障，即絲杠副、導(dǎo) 軌副使用壽命的結(jié)束。絲杠副、導(dǎo)軌副的性能指標(biāo)較多，綜合性能尚無統(tǒng)一明確的評價指標(biāo)。雖可采用公式計算的方法計算出其概率統(tǒng)計意義上的額定壽命，但并不能定位出絲杠畐O、導(dǎo)軌副發(fā)生故障的部位，從而無法為絲杠副、導(dǎo)軌副的維護(hù)保養(yǎng)及設(shè)計提供更加詳實(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測依據(jù)，以提高絲杠副、導(dǎo)軌副的性能及使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一個發(fā)明目的是提供一種絲杠副性能退化的圖示化分析方法，該方法可以用圖形的方式形象的表示出絲杠副的性能退化分布情況，從而為絲杠副的維護(hù)保養(yǎng)及設(shè)計提供更加詳實(shí)準(zhǔn)確的監(jiān)測依據(jù)，以提高絲杠副的性能及使用壽命。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)第一個發(fā)明目的所采用的技術(shù)方案是一種絲杠副性能退化的圖示化分析方法，其步驟是a、信號采集安裝在新絲杠副的絲母上的振動傳感器，通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備將絲母從絲杠一端運(yùn)動到另一端過程中，新絲杠副的振動信號S1傳輸給計算機(jī)，由計算機(jī)實(shí)時記錄該信號S1 ；將新絲杠副更換為同規(guī)格的故障絲杠副，重復(fù)以上操作，得到故障絲杠副的振動信號S2 ；再將故障絲杠副更換為同規(guī)格的待評估絲杠副，再次重復(fù)以上操作，得到待評估絲杠副的振動信號S3 ;b、信號細(xì)分將記錄的新絲杠副、故障絲杠副、待評估絲杠副的振動信號Sl、S2, S3都分成m段，其中，每段為ー個或多個導(dǎo)程對應(yīng)的振動信號；C、特征提取用時域分析和/或頻域分析和/或時頻域分析方法對振動信號Sl、S2, S3進(jìn)行分析，分別提取出三個絲杠副振動信號的特征新絲杠副的特征矩陣T1 = {t1Jk} (j = 1,2,…，m;k= 1,2,…,η);所述的tljk為新絲杠副第j段振動信號中提取出的第k個特征的值；故障絲杠副的特征矩陣T2 = {t2Jk} (j = 1,2, ---,m ；k = 1,2,…,η);所述的t2jk為故障絲杠副第j段振動信號中提取出的第k個特征的值；待評估絲杠副的特征矩陣T3 = {t3Jk} (j = 1,2, ···, m ；k = 1,2, ···, η);所述的t3Jk為待評估絲杠副第j段振動信號中提取出的第k個特征的值；上述的η為從各個絲杠副的振動信號中提取的特征的個數(shù)；d、特征歸一化取新絲杠副的特征矩陣1\ = {t1Jk}中第k列的最小值作為第k個特征的最小值tmink，取故障絲杠副的特征矩陣1~2= {t2Jk}中第k列的最大值作為第k個特征的最大值tmaxk 計算待評估絲杠副歸ー化特征矩陣IV = {t3jk，}，其中
權(quán)利要求
1.一種絲杠副性能退化的圖示化分析方法，其步驟是 a、信號采集 安裝在新絲杠副的絲母上的振動傳感器，通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備將絲母從絲杠一端運(yùn)動到另一端過程中，新絲杠副的振動信號S1傳輸給計算機(jī)，由計算機(jī)實(shí)時記錄該信號S1 ; 將新絲杠副更換為同規(guī)格的故障絲杠副，重復(fù)以上操作，得到故障絲杠副的振動信號S2 ; 再將故障絲杠副更換為同規(guī)格的待評估絲杠副，再次重復(fù)以上操作，得到待評估絲杠副的振動信號S3 ; b、信號細(xì)分 將記錄的新絲杠副、故障絲杠副、待評估絲杠副的振動信號si、s2、s3都分成m段，其中，每段為ー個或多個導(dǎo)程對應(yīng)的振動信號； C、特征提取 用時域分析和/或頻域分析和/或時頻域分析方法對振動信號S1. S2, S3進(jìn)行分析，分別提取出三個絲杠副振動信號的特征 新絲杠副的特征矩陣T1 = {t1Jk} (j = 1,2, ···, m ;k = 1,2, ···, η);所述的tljk為新絲杠副第j段振動信號中提取出的第k個特征的值； 故障絲杠副的特征矩陣T2 = {t2Jk} (j = 1,2, ···, m ;k = 1,2, ···, η);所述的t2jk為故障絲杠副第j段振動信號中提取出的第k個特征的值； 待評估絲杠副的特征矩陣T3 = {t3Jk} (j = 1,2,…，m;k= 1,2, *··,η);所述的t3jk為待評估絲杠副第j段振動信號中提取出的第k個特征的值； 上述的η為從各個絲杠副的振動信號中提取的特征的個數(shù)； d、特征歸一化 取新絲杠副的特征矩陣!\= {t1Jk}中第k列的最小值作為第k個特征的最小值tmink，取故障絲杠副的特征矩陣T2 = {t2Jk}中第k列的最大值作為第k個特征的最大值tmax k ； 計算待評估絲杠副歸ー化特征矩陣T/ = {t3jk’ }，其中，
2.一種導(dǎo)軌副性能退化的圖示化分析方法，其步驟是 a、信號采集 安裝在新導(dǎo)軌副的導(dǎo)軌滑塊上的振動傳感器，通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備將導(dǎo)軌滑塊從導(dǎo)軌一端運(yùn)動到另一端過程中，新導(dǎo)軌副的振動信號S1傳輸給計算機(jī)，由計算機(jī)實(shí)時記錄該信號S1 ; 將新導(dǎo)軌副更換為同規(guī)格的故障導(dǎo)軌副，重復(fù)以上操作，得到故障的導(dǎo)軌副的振動信號S2 ； 再將故障導(dǎo)軌副更換為同規(guī)格的待評估導(dǎo)軌副，再次重復(fù)以上操作，得到待評估導(dǎo)軌副的振動信號S3 ; b、信號細(xì)分 將記錄的新導(dǎo)軌副、故障導(dǎo)軌副、待評估導(dǎo)軌副的振動信號si、s2、s3都分成m段，其中，每段為4mm-12cm距離對應(yīng)的振動信號； C、特征提取 用時域分析和/或頻域分析和/或時頻域分析方法對振動信號S1. S2, S3進(jìn)行分析，分別提取出三個導(dǎo)軌副振動信號的特征 新導(dǎo)軌副的特征矩陣T1 = {t1Jk} (j = 1,2, ···, m ;k = 1,2, ···, η);所述的tljk為新導(dǎo)軌副第j段振動信號中提取出的第k個特征的值； 故障導(dǎo)軌副的特征矩陣T2 = {t2Jk} (j = 1,2, ···, m ;k = 1,2, ···, η);所述的t2jk為故障導(dǎo)軌副第j段振動信號中提取出的第k個特征的值； 待評估導(dǎo)軌副的特征矩陣T3 = {t3Jk} (j = 1,2,…，m;k= 1,2, *··,η);所述的t3jk為待評估導(dǎo)軌副第j段振動信號中提取出的第k個特征的值； 上述的η為從各個導(dǎo)軌副的振動信號中提取的特征的個數(shù)； d、特征歸一化 取新導(dǎo)軌副的特征矩陣1\= {t1Jk}中第k列的最小值作為第k個特征的最小值tmink，取故障導(dǎo)軌副的特征矩陣T2 = {t2Jk}中第k列的最大值作為第k個特征的最大值tmax k ； 計算待評估導(dǎo)軌副歸ー化特征矩陣τ3’ = {t3jk，}，其中，hJt = tyk廣，且若計算出 max/t min/r的‘<O吋，則令‘ =O ; e、切片層析圖的繪制 el、繪制ー個正η邊形,連接正η邊形的中心與η個頂點(diǎn)，正η邊形的中心表示歸ー化特征的最小值0，正η邊形的第k個頂點(diǎn)表示第k個歸ー化特征的最大值I ;將待評估導(dǎo)軌副歸ー化特征矩陣IV中的第I行第k列元素t’ 31k分別標(biāo)注在正η邊形中心與第k個頂點(diǎn)的連線上，該標(biāo)注點(diǎn)距離中心的距離等于該歸一化特征らu的值，將這η個標(biāo)注點(diǎn)依次連接起來構(gòu)成封閉的η邊形，該封閉η邊形與正η邊形即構(gòu)成待評估導(dǎo)軌副第I段切片的性能退化層析圖，而該封閉η邊形與正η邊形的面積的百分比即為待評估導(dǎo)軌副第I段切片的性能退化程度； e2、將待評估導(dǎo)軌副歸ー化特征矩陣IV中的第I行第k列元素t’31k，替換為第j行第k列元素t’ 3Jk,重復(fù)以上操作，即可得到待評估導(dǎo)軌副第j段切片的性能退化層析圖，而該封閉η邊形與正η邊形 的面積的百分比即為待評估導(dǎo)軌副第j段切片的性能退化程度；e3、不斷重復(fù)e2步驟的操作，直至得到待評估導(dǎo)軌副所有段的切片層析圖；即可在一張總圖上同時顯示出待評估導(dǎo)軌副各段的性能退化程度。
全文摘要
一種絲杠副、導(dǎo)軌副性能退化的圖示化分析方法，它將絲杠副或?qū)к壐睖y量出的振動信號沿絲杠副或?qū)к壐狈殖扇舾啥?，并對各段信號分別進(jìn)行特征提取，再將提取的特征值與性能完好的新絲杠副或?qū)к壐奔肮收辖z杠副或?qū)к壐边M(jìn)行歸一化比較，并將歸一化比較的數(shù)據(jù)以切片性能退化層析圖的圖示方式直觀的顯示出絲杠副或?qū)к壐备鞫蔚男阅芡嘶潭?；也可通過對切片層析圖內(nèi)圈外圈面積的百分比定量的給出其性能退化程度。從而實(shí)現(xiàn)了絲杠副、導(dǎo)軌副性能退化程度在各段的分布情況，定位出絲杠副、導(dǎo)軌副發(fā)生故障的部位，在使用時可避開該故障部位，以保證工件加工質(zhì)量，同時延長了絲杠副、導(dǎo)軌副的使用壽命，在設(shè)計時，可針對易發(fā)故障部位采取相應(yīng)的強(qiáng)化設(shè)計措施，以提高其性能及使用壽命。
文檔編號B23Q17/12GK102689231SQ20121019161
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月12日
發(fā)明者張筱辰, 文娟, 許明恒, 郭亮, 陳晨, 高宏力, 黃海鳳 申請人:西南交通大學(xué)