故障检测开题报告PPT.ppt
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基于流行学习的数控主轴故障特征提取研究基于流行学习的数控主轴故障特征提取研究导师:
王红军教授学生:
付伟清专业:
机械工程方向:
机械制造及其自动化北京信息科技大学北京信息科技大学选题来源及依据选题来源及依据国内外研究现状国内外研究现状主要研究内容主要研究内容研究方法及研究思路研究方法及研究思路论文创新点论文创新点论文时间安排论文时间安排参考文献参考文献论文选题来源和依据论文选题来源和依据选题来源:
选题来源:
p北京市自然科学基金项目北京市自然科学基金项目p北京教育委员会科技计划重点项目北京教育委员会科技计划重点项目p基于流形学习的超精密主轴回转精度劣化溯源技术研究基于流形学习的超精密主轴回转精度劣化溯源技术研究选题依据:
选题依据:
p高高档档数数控控机机床床为为国国家家的的高高科科技技产产品品和和新新技技术术的的开开发发提提供供了了重重要要的的设设备备保保障障,其其功功能能和和可可靠靠性性是是反反应应国国家家制制造造业业水水平平的的关关键键指指标标,同同时时也也是是综综合合国国力力的的体体现现1。
数数控控机机床床作作为为我我国国军军事事、航航天天以以及及汽汽车车等等制制造造业业的的基基础础和和关关键键设设备备,其其可可靠靠性性水水平平直直接接影影响响着着这这些些行行业业的的发发展展。
随随着着科科技技的的进进步步,制制造造的的产产品品复复杂杂多多样样,这这使使得得对对数数控控机机床床的的要要求求也也越越来来越越高高,其其中中之之一一就就是是保保证证数数控控机机床床高高速速运运转转,提提高高其其工工作作效效率率。
要要实实现现主主轴轴的的高高速速运运转转就就要要实实现现主主轴轴的的零零传传动动,将将主主轴轴电电机机以以定定子子和和转转子子的的形形式式装装入入主主轴轴组组件件的的内内部部,形形成成电电主主轴轴2。
高高速速运运转转会会导导致致电电主主轴轴发发热热、振振动动,同同时时也也会会加加快快轴轴承承的的磨磨损损,这这些些现现象象不不仅仅会会影影响响机机床床的的加加工工精精度度,影影响响产产品品质质量量,同同时时也也会会加加大大数数控控机机床床发发生生故故障障的的概概率率,电电主主轴轴转转速速越越高高越越容容易易发发生故障。
生故障。
国内外研究现状国内外研究现状20世世纪纪70年年代代中中期期,随随着着数数控控机机床床在在工工业业发发达达国国家家的的普普及及和和先先进进功功能能的的不不断断增增加加,机机床床的的故故障障问问题题开开始始引引起起行行业业的的关关注注。
高高速速超超精精密密数数控控机机床床作作为为典典型型的的机机电电系系统统,其其故故障障诊诊断断与与预预警警技技术术是是保保障障机机床床可可靠靠运运行行、提提高高机机床床服服役役性性能能的的核核心心技技术术之之一一。
国国外外对对数数控控机机床床加加工工过过程程检检测测诊诊断断技技术术的的研研究究开开发发工工作作十十分分重重视视,并并将将其其视视为为高高质质量量数数字字化化加加工工的的重重要要技技术术基基础础。
这这些些研研究究可可以以分分为为以以下下方方面面:
信信号号获获取取与与传传感感技技术术;故故障障机机理理与与征征兆兆联联系系;信信号号处处理理与与诊诊断方法;断方法;识别识别分分类类与智能决策方面等。
与智能决策方面等。
英英国国机机床床工工业业协协会会的的STEWART8采采用用数数控控机机床床用用户户现现场场跟跟踪踪试试验验的的方方法法收收集集了了数数控控机机床床的的现现场场故故障障数数据据,并并对对数数控控机机床床进进行行了了故故障障分分析析,并并于于1977年年在在Macclesfield国国际际可可靠靠性性会会议议上上做做了了关关于于数数控控机机床床可可靠靠性性的的报报告告,报报告告指指出出:
由由于于机机床床故故障障导导致致机机床床的的停停机机时时间间占占整整个个机机床床考考核核时时间间的的7.6%,每每个个月月机机床床平平均均发发生生12次次故故障障。
1982年年,前前苏苏联联的的学学者者9对对数数控控机机床床的的研研究究和和使使用用经经验验进进行行总总结结,撰撰写写了了数数控控机机床床可可靠靠性性领领域域的的首首本本专专著著数数控控机机床床的的精精度度与与可可靠靠性性,书书中中系系统统地地论论述述了了数数控控机机床床可可靠靠性性的的概概念念,并并给给出出了了相相应应的的评评定定指指标标。
同同年年,KELLER等等10对对35台台数数控控机机床床进进行行了了为为期期3年年的的现现场场跟跟踪踪试试验验,分分别别利利用用对对数数正正态态分分布布和和威威布布尔尔分分布布函函数数对对机机床床的的故故障障间间隔隔工工作作时时间间进进行行了了拟拟合合,建建立立了了数数控控机机床床的的可可靠靠性性模模型型,并并由由此此得得到到了了数数控控机机床床平平均均故故障障间间隔隔工工作作时时间间(MeanTimebetweenfailures,MTBF)的的估估计计值值。
1986年年,英英国国学学者者MCGOLDRICK等等11采采用用向向专专家家和和操操作作者者进进行行问问卷卷调调查查的的方方式式对对在在英英国国和和土土耳耳其其使使用用的的一一批批相相同同类类型型数数控控机机床床的的故故障障模模式式进进行行了了分分析析,表表明明数数控控机机床床的的设设计计者者对对其其实实际际运运行行状状况况了了解解不不足足所所导导致致的的设设计计缺缺陷陷是是致致使使数数控控机机床床故故障障频频繁繁的的主主要要原原因因。
美美国国亚亚利利桑桑那那大大学学的的学学者者首首先先根根据据单单元元的的劣劣化化机机理理选选择择恰恰当当的的退退化化轨轨迹迹模模型型,然然后后对对所所有有单单元元的的劣劣化化轨轨迹迹参参数数运运用用最最小小二二乘乘法法评评估估,接接着着运运用用多多变变量量多多重重线线性性回回归归法法建建立立在在某某个个退退化化机机理理下下随随机机参参数数和和应应力力之之间间的的关关系系,最最后后运运用用Bootstrap模模拟拟法法评评估估多多重重失失效效模模式式的的子子系系统统的的失失效效概概率率分分布布12。
国内外研究现状国内外研究现状2000年年J.B.Tenenbaum和和S.T.Roweis等等人人在在Science上上发发表表了了两两篇篇关关于于流流形形学学习习的的文文章章,他他们们分分别别提提出出了了各各自自的的流流形形学学习习算算法法、等等距距映映射射算算法法13(IsometricMapping,ISOMAP)和和局局部部线线性性嵌嵌入入算算法法14(LocallyLinearEmbedding,LLE)。
流流形形学学习习方方法法作作为为一一种种新新的的非非线线性性维维数数约约简简的的方方法法,在在数数据据挖挖掘掘和和特特征征提提取取等等领领域域中中被被广广泛泛应应用用。
SadeghianAlireza15将将小小波波包包分分解解和和神神经经网网络络技技术术结结合合,提提出出了了一一种种关关于于转转子子的的故故障障在在线线监监测测系系统统。
ZachariasE.Gketsis16等等人人利利用用小小波波变变化化提提取取信信号号中中故故障障特特征征,然然后后用用人人工工神神经经网网络络的的方方法法进进行行诊诊断断识识别别,该该方方法法可可以以自自动动识识别别电电机机绕绕组组的的短短路路故故障障。
Crampton17等等人人发发现现当当采采集集的的数数据据含含有有噪噪声声时时,使使用用SVM检检测测故故障障的的方方法法比比其其它它同同类类方方法法效效果果更更好好。
Jack等等18人人将将SVM应应用用于于滚滚动动轴轴承承的的状状态态检检测测中,利用中,利用遗传遗传算法算法优优化化SVM的参数,取得比的参数,取得比较较好的推广性能。
好的推广性能。
瑞瑞士士KISTLER公公司司推推出出了了基基于于切切削削力力的的加加工工监监测测系系统统,西西门门子子的的数数控控机机床床远远程程监监测测诊诊断断系系统统EPS,FANUC公公司司的的18i和和30i也也具具有有类类似似功功能能,但但是是他他们们只能只能实现实现机床机床电电气系气系统类统类型的故障型的故障检测检测。
在在国国内内,北北京京机机床床研研究究所所和和原原吉吉林林工工业业大大学学是是较较早早开开展展数数控控机机床床可可靠靠性性研研究究的的科科研研机机构构,于于20世世纪纪80年年代代前前后后开开始始对对数数控控机机床床可可靠靠性性的的概概念念及及其其表表征征方方法法、数数控控机机床床零零部部件件的的疲疲劳劳强强度度可可靠靠性性进进行行探探讨讨19-21。
胡胡新新等等22在在分分析析数数控控机机床床故故障障诊诊断断技技术术发发展展现现状状及及数数控控机机床床故故障障特特点点的的基基础础上上,以以数数控控车车床床的的工工件件质质量量品品质质因因素素为为对对象象构构建建贝贝叶叶斯斯网网络络,开开发发了了基基于于贝贝叶叶斯斯网网络络的的故故障障诊诊断系断系统统,并通,并通过实验验证过实验验证了系了系统统的有效性。
的有效性。
国外研究现状国外研究现状人工智能和人工智能和计计算机技算机技术术的的发发展使故障展使故障诊诊断也有了新的断也有了新的发发展方向,即智能故障展方向,即智能故障诊诊断。
通断。
通过过将一些智能算法与将一些智能算法与传统传统的故障的故障诊诊断方法、断方法、经验经验等相等相结结合,形成合,形成诸诸如神如神经经网网络络、模糊、模糊专专家系家系统统等智能等智能诊诊断方法断方法23。
胡德金教授等。
胡德金教授等24提出了提出了针对针对数控机床故障数控机床故障诊诊断的神断的神经经网网络络方法,方法,将将Sugeno模糊模型用于数控机床故障模糊模型用于数控机床故障诊诊断系断系统统,实现实现了了对对各个各个诊诊断断专专家家诊诊断断结结果的模糊果的模糊综综合。
合。
利用利用该该方法基于方法基于诊诊断断专专家系家系统统技技术术可以可以实现对实现对数控机床的自数控机床的自动诊动诊断断,而且而且诊诊断断结结果准确、可果准确、可靠。
西安交通大学的靠。
西安交通大学的张张周周锁锁等提出了基于支持向量机的机械故障等提出了基于支持向量机的机械故障诊诊断方法断方法25以及基于粒以及基于粒计计算的智能算的智能诊诊断方法断方法26。
与此同。
与此同时时,各种其他方面的算法理,各种其他方面的算法理论论也被也被应应用到故障用到故障诊诊断中,断中,如流形学如流形学习习算法、粒子群算法、粒子群寻优寻优算法、算法、遗传遗传算法等。
阳建宏算法等。
阳建宏27将流形学将流形学习习用于非用于非线线性性时间时间序序列降噪取得很好的效果;栗茂林等列降噪取得很好的效果;栗茂林等28针对针对早期故障微弱特征早期故障微弱特征难难以提取的以提取的问题问题,提出了一种,提出了一种基于非基于非线线性流形学性流形学习习的的滚动轴滚动轴承早期故障特征提取方法承早期故障特征提取方法,通通过对过对状状态样态样本的低本的低维维嵌入聚嵌入聚类类来来提取敏感特征;黎敏等提取敏感特征;黎敏等29以机械以机械设备设备的运行状的运行状态为态为研究研究对对象象,提出一种基于高提出一种基于高维维空空间间流形流形变变化的化的趋势趋势分析方法,分析方法,张张熠卓熠卓30、赵赵洪杰等洪杰等31-32人将流形学人将流形学习习用于喘振、用于喘振、滚动轴滚动轴承的故障承的故障诊诊断,取得明断,取得明显显成效。
成效。
对对主主轴轴系系统热统热特性的研究今年来主要集中在主特性的研究今年来主要集中在主轴轴-轴轴承的承的热热特性研究特性研究上,如清上,如清华华大学的高大学的高赛赛等等33提出使用三路提出使用三路单单光束干涉光束干涉仪对仪对机床主机床主轴热误轴热误差差进进行非接触式的行非接触式的实时测实时测量,量,实验结实验结果表明果表明该该方法快速、准确,方法快速、准确,测测量量误误差可达到差可达到1.0um。
陈陈小安等小安等34建立一建立一种考种考虑虑系系统热统热响响应应和和预紧预紧方式响方式响应应的角接触球的角接触球轴轴承承热热-机耦合机耦合动动力学模型。
力学模型。
主要研究内容主要研究内容主
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