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数控论文摘要范文数控论文摘要写 数控机床是装备制造业的工作母机,其可靠性技术目前已成为制约行业发展的关键共性技术.主要对我国数控机床可靠性技术的研究进展进行综合评述.论述数控机床的可靠性建模技术、故障分析技术、可靠性设计技术和可靠性试验技术的研究历程和技术进展,介绍数控机床关键功能部件可靠性台架试验设备的技术状况.在肯定数控机床可靠性技术取得明显进展的基础上,分析指出研究工作存在的问题和不足,并对数控机床可靠性技术研究的动态和热点进行论述.从产品可靠性技术自身的发展规律和行业需求的角度对数控机床可靠性的技术发展愿景进行了展望. 数控机床是实现装备制造业现代化的关键设备,是装备制造业发展的重中之重.目前,由于国产数控机床的可靠性与国际先进水平存在较大差距,导致中高档数控机床及其数控系统和关键功能部件主要依赖进口.可靠性水平已成为严重制约国产中高档数控机床发展的关键因素,提高国产数控机床的可靠性迫在眉睫. 对于数控机床这类可修复产品来说,不但要求产品少发生故障,还要在发生故障后能够快速修复,所以需开展既包含可靠性也包含维修性的广义可靠性研究.国内外开展可靠性工作的经验表明：要提高产品的可靠性,关键在于做好产品的可靠性设计工作.其中,可靠性分配和预计作为可靠性设计中的指导性和基础性工作,需要在设计的各个阶段大量运用,从而推动各项可靠性设计工作有效开展,以确保设计并生产出满足规定可靠性指标要求的产品.目前,国内的机床企业虽然开展了一些具体的可靠性设计工作,但由于现有数据的缺失和方法的不完善,多数企业并没有开展有效的可靠性分配和预计工作,从而导致机床各组成部分的可靠性要求不明确.分散的可靠性工作花费了大量的人力和物力,但是效果却并不显著.针对上述情况,本文结合国家科技重大专项课题“高速/精密数控机床可靠性设计与性能试验技术”的任务需求,通过对数控机床设计阶段应开展的广义可靠性（可靠性和维修性）工作进行分析,研究制定了数控机床设计阶段的可靠性和维修性工作流程,将可靠性建模、故障分析、定量指标的制定、可靠性及维修性的分配与预计等工作联系起来,并重点研究了数控机床可靠性及维修性的分配和预计技术.论文的研究工作主要包括以下几个方面： （1）根据数控机床设计过程各个阶段的任务分析,制定了相应的可靠性和维修性设计工作流程,归纳了制定数控机床可靠性和维修性指标时需要考虑的因素.结合可靠性工作的特点对数控机床进行了层次划分,明确了各个子系统的结构和组成,为开展故障分析、可靠性分配和预计等工作打下了基础. （2）分析了可靠性数据的,制定了数控机床现场数据的收集方法,结合该方法对现有同类机床进行了现场可靠性试验,采集了大量的故障和维修数据.基于采集到的故障数据建立了故障间隔时间的分布模型,并通过图形法和解析法两种方法进行了模型检验,得出该批产品故障间隔时间服从尺度参数563.21,形状参数1.057的两参数威布尔分布.通过对产品进行FMECA分析,求出了各个子系统的危害度.其中进给系统是危害度最大的子系统,其次依次为自动换刀系统、电气系统和主轴系统.在新产品研发时应重点分析如何降低这些子系统的故障率. （3）结合数控机床的层次划分情况建立了整机的可靠性框图及其数学模型.为了解决数控机床可靠性分配过程中存在多种影响因素,且有些因素难以定量分析的问题,研究了一种将区间分析、模糊综合评判和层次分析法相结合的数控机床可靠性分配方法.综合考虑了故障频繁性、故障危害性、维修性、复杂性、技术水平、费效比等多种影响因素,根据影响程度的大小给每个因素赋予相应的权重；综合利用现场试验信息和专家经验,使用模糊区间数代替实数表达不确定信息,建立了数控机床可靠性分配模型.使用该方法对研制对象进行了可靠性分配.结果表明该方法是可行的,能有效解决目前数控机床可靠性分配中存在的主要问题. （4）针对传统相似比较法用于数控机床可靠性预计时,预计对象和相似产品之间可靠性水平的差异程度难以准确评定的问题,提出了一种引入区间层次分析的数控机床可靠性预计方法.首先分析了整机和子系统的可靠性关系,建立了整机的可靠性预计模型.在子系统可靠性预计过程中,充分利用了相似产品的可靠性数据.建立了可靠性修正因子评估模型,从设计、生产、使用、管理、产品结构等方面综合分析了评价对象和相似产品之间的差异,并通过使用区间层次分析法求出了可靠性修正因子,实现了确定 _和模糊信息的互补.结合四台相似产品进行了主轴部件的可靠性预计,验证了该方法的可行性. （5）针对传统的按故障率和设计特性的维修性分配法对所有维修性设计特性等同考虑,且这些设计特性难以定量分析的问题,本文对这一方法进行了改进.在传统方法只考虑故障检测方式、可达性、可更换性、可调整性四种定性因素的基础上,增加了复杂程度和危害程度两种定量因素.综合考虑上述因素,建立了维修性加权因子综合评判模型；按各个因素对维修性影响程度的大小,采用区间层次分析法为各个因素赋予了权重,使用模糊综合评判的方法求出了各个子系统的加权因子；结合各子系统的可靠性分配值和维修性加权因子计算出了各个子系统应分配的维修性指标.使用该方法对研制对象进行了维修性分配,有效解决了传统方法存在不确定性的难题. （6）针对现阶段数控机床各子系统的维修数据完整程度存在较大差异的情况,本文提出了一种基于数据完整程度的数控机床维修性预计方法.和传统方法最大的区别是：传统方法针对零部件进行分析,该方法针对具体的故障模式进行分析,相比较来说数据更充分,精确性更高.针对维修数据完整程度不同的子系统,分别采用功能层次预计法和单元对比预计法来进行维修性预计.最后结合实例进行了数控机床的维修性预计.该方法为数控机床领域开展维修性预计提供了一种新思路,有效克服了现阶段维修性数据严重缺乏,单纯使用一种方法预计精度较差的问题. 机床能量消耗建模研究是机床能量特性及能效优化研究的基础.现有机床能量模型研究主要是从机床总能耗统计分析或主传动系统建模出发的,缺乏机床特别是数控机床全部能量流数学模型的系统研究.针对数控机床多能量源的特性,从能量源构成出发对其能量流的数学模型进行研究.分析数控机床多能量源的系统构成,将数控机床能量源分成加工动力系统、加工关联辅助系统、动力关联辅助系统和其他等4类,基于数控机床各能量流的功率平衡方程分析,建立数控机床多源能量流的能量流程,在数控机床能量流程的基础上,结合4类能量源的运行特点建立数控机床多源能量流的系统数学模型.案例分析结果表明,上述模型可为数控机床运行过程的能量效率分析,能量消耗预测和节能优化等实际问题的解决提供一种基础支持,具有较广阔的应用前景. 在分析现有数控机床可靠性分配技术局限的基础上,针对数控机床加工零件过程的动态性特征,将多阶段任务系统理论和任务可靠性原理结合起来,提出一种基于任务的可靠性分配方法.根据数控机床加工零件总任务的实际情况,建立数控机床的任务剖面层次模型.通过对数控机床元任务层的分析与研究,确定了运行时间、重要程度、复杂程度、技术水平和工作状况5个影响可靠性分配的重要因素.运用模糊集理论,充分考虑到多领域专家的意见和数控机床研发过程的风险性,定义了一种判定模糊真值的函数,给出一种确定隶属度的方法,并建立起数控机床可靠性分配指标体系和权重,以及元任务的模糊评判矩阵.以一个数控机床主加工元任务组为例,证明了该方法的可用性. 实时操作系统是开放式数控系统的核心部件,是确保数控系统高速、高精、体系结构开放以及智能化的关键技术之一.国内外的相关研究机构均开展了面向开放式数控系统的实时操作系统相关技术研究.在“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项的若干课题中,将基于开源软件的实时操作系统相关研究列为重要研究内容.但目前实时操作系统的现状是注重提升系统的平均实时性,不能完全满足开放式数控系统的需求.因此,针对开放式数控系统的共性需求以及各类开放式数控系统的特殊需求,开展面向开放式数控系统的实时操作系统优化技术的研究与应用,从功能优化与性能优化两方面增强实时操作系统的兼容性、可扩展性、自适应性以及对多核处理器的支持是需要解决的重要问题.围绕上述问题,本论文开展的研究工作如下： 1.面向开放式数控系统的实时操作系统功能优化.现有的实时操作系统没有考虑到数控系统在开放性与性能评估上的特殊需求,难以支撑开放式数控系统的可扩展性与可移植性.为此,本论文对现有的开源实时操作系统进行了功能优化,提出实时操作系统接口抽象层、开放式调度框架以及实时系统性能评估模块,并将其应用于开放式数控系统的开发,以解决各类开放式数控系统对实时操作系统的共性需求. 2.面向数控系统的数据流反馈调度研究与应用.开放式数控系统的核心功能由基于数据流的软件模型实现.在硬件资源紧张的标准型数控系统中,数据流有可能发生中断.数据流中断会降低数控系统的加工速度与加工精度.针对开放式数控系统的软件结构,本论文提出一种数据流反馈调度模型.通过动态监测系统中各个缓存的数据量,利用马尔可夫模型预测缓存中数据量的变化,动态调节相关任务的执行频率与优先级,以降低数据流中断的发生次数.本论文在标准型开放式数控系统中应用了该模型,并验证了该模型的有效性. 3.基于勒贝格采样的自适应反馈调度研究与应用.在标准型数控系统中,实时负载的动态变化会导致人机界面等非实时任务长期得不到执行,从而降低系统的整体性能.针对此问题,本论文提出了能够均衡系统负载的自适应反馈调度模型,并利用勒贝格采样方法降低了反馈调度模型的系统开销.通过在标准型数控系统中的应用,验证了自适应反馈调度模型的有效性. 4.面向双核处理器的Cache感知硬实时调度算法的研究.在使用双核处理器处理数控系统中的硬实时任务集时,并发的实时任务会通过共享Cache彼此干扰,严重制约了系统的实时性,并使得数控系统的加工质量无法得到保证.多核处理器上的Cache感知实时调度算法是目前实时调度领域的热点研究问题,这类算法能够解决并发任务彼此干扰的问题.为了提高双核处理器上硬实时任务集的实时性,本论文开展了Cache感知实时调度算法的研究工作,提出一种面向双核处理器的Cache感知硬实时调度算法,并且给出了相应的可调度性判断条件.通过相关实验验证了该算法的有效性. 5.多核数控系统中实时性优化方法的研究与应用.在使用多核处理器处理开放式数控系统的混合任务集时,非实时任务会通过共享Cache干扰实时任务的实时性,软实时任务也会通过共享Cache干扰硬实时任务的实时性,从而制约了数控系统的整体性能.针对此问题,本论文提出了一种能够实现共享Cache分区的实时内存管理器,以及基于共享Cache分区的Cache感知多级调度框架.实时内存管理器为不同种类的任务划分独立的共享Cache分区,以排除非实时任务对实时任务的干扰.多级调度框架中的Cache感知软实时调度算法通过启发式方法进一步降低软实时任务集通过共享Cache的相互干扰.通过在多核数控系统中应用实时内存管理器与Cache感知多级调度框架,验证了它们的有效性. 数控加工是目前机械制造系统广泛采用的一种加工方法,为实现数控加工的低碳化,研究数控车削加工的高效低碳切削参数优化问题.建立切削加工过程时间目标函数和包含电能碳排放、刀具碳排放、切削液碳排放的碳排放目标函数.然后,考虑加工过程中机床设备性能和加工质量的实际约束条件,建立以数控加工的切削速度和进给量为优化变量,以最小加工时间(高效)和最低碳排放(低碳)为优化目标的多目标优化模型.引入权重系数将其转化单目标优化模型,并应用复合形法对优化模型进行优化求解.通过某具体实例验证了所建模型的有效性,并对优化结果和优化变量的灵敏度进行了分析. 论述了我国数控木工机械数控化率估算的分类基础,提出数控木工机械的定义、判定低档和高档数控木工机械的标准,明确指出我国木工机械数控化率已经达到42%.分析了我国木工机械种类分类定义,介绍了德国木工机械的分类方法.阐述了我国木工机械软件和硬件以及数控带锯机、数控截段锯切设备、数控刨切机床、数控车床、数控砂光机等技术的发展现状,我国木工机械自动化技术的研发步骤及方向.我国用短短5年的时间,完成了欧洲木工机械发达国家30年的数控木工机械开发历程,我国木工机械在产值上超过德国可能仅需要68年的时间. 数控机床量大面广,能量消耗巨大,其排放对环境影响巨大.因此,近年来对机床节能减排的研究引起了广泛关注.但是,数控机床能耗源多,能耗规律复杂,涵盖机电液多个学科问题,其能耗特性规律尚有待揭示.同时,我国机床数量巨大,居世界第一,能耗大能效低,机床节能减排是国家节能减排的需要.基于此,本文研究现代数控机床的多源能耗特性,主要工作概括如下： 数控机床能耗部件数量多,类型涵盖机电液三种,具有多源能耗特性.根据数控机床各个部件的能耗特性,将其能耗部件划分为负载无关和负载相关两个部分.在此基础上,引入开关函数和常量描述负载无关部分能耗,用功率平衡方程表达负载相关部分能耗,建立了一个数控机床能耗集成模型.该模型既包含了机床状态又包含了机床实时负载,将定性的能耗描述转化为能耗的定量方程,为实时监测机床能耗状态奠定基础. 数控机床主传动系统采用变频技术实现无级变速取代了普通机床采用机械传动机构实现有级变速技术.因此,其数控机床主传动系统与普通机床有着不同的能耗规律.普通机床主传动系统的空载功率可以关于主轴转速的二次函数得到较好的近似.与之不同的是,本文发现并证明了数控机床主传动系统空载功率是含有主轴转速,主轴摩擦、阻尼等多个变量的复杂函数.在很多情况下,转速在基频以上存在功率最小值,然而主轴空载功率依赖于多个变量是否存在最小值难以判断.基于此,本文给出了一个快速判断在基频以上空载功率是否存在最小值的充分条件. 数控机床主传动系统的附加载荷损耗难以有效测量.本文将电机机械传动部件作为一个整体考虑,从理论上推导出了附加载荷损耗是切削功率的二次函数.然后提出了一种只使用少量切削实验数据拟合机床主传动系统附加载荷损耗函数系数的工程实用化方法. 数控机床进给伺服电机运行在低转速区,能耗环节多,能耗特性比较复杂.本文在数控机床机电多源能耗环节特性分析的基础上建立了进给系统功率关于进给速度、负载、阻尼、摩擦等因素的数学模型,并揭示了进给速度、负载、阻尼、摩擦和螺距对进给系统空载功率的影响规律. 在机床总体能耗模型,主传动能耗特性,进给系统能耗特性的基础上,提出了一种无需安装扭矩传感器（或力传感器）的机床能耗状态在线监视方法,为进一步机床节能提供了理论依据和数据支持. 数控机床的加工精度是衡量数控机床工作性能的重要指标.研究如何便捷、快速、精确地获得数控机床空间误差,对机床误差补偿、提高加工精度具有举足轻重的意义.本学位论文结合国家自然科学基金项目“复合机床多主轴热亲近理论及空间耦合热误差协同补偿基础技术研究”(项目编号：51175461)和“高档数控机床与基础制造装备”国家科技重大专项“基于敏感点监测的闭环动态综合补偿技术”(项目编号：xxZX04014-026),以五轴数控机床为分析对象,对机床的空间误差检测和模型技术展开深入探究. 本论文首先在积极借鉴、吸收相关理论和研究成果的基础上,展开了五轴机床空间误差检测方法的研究,提出了基于双路激光的五轴机床空间误差检测方法、基于球杆仪组合路径的旋转轴空间误差检测方法和基于球杆仪五轴机床主轴热误差检测方法；然后,进行了基于NURBS的数控机床空间误差曲线曲面模型的研究；最后,结合机床空间误差模型和误差检测结果,展开了典型五轴数控机床空间误差补偿应用的实验研究.论文主要研究内容和成果概括如下： 在介绍机床局部坐标系与空间误差定义的基础上,建立了基于多体系统理论的数控机床空间误差通用模型；进而推导了RRTTT型五轴数控机床的空间误差模型；提出了采用微分算子对误差变换矩阵进行分解,大大简化了机床空间误差模型. 提出了基于双路激光的五轴数控机床空间误差检测辨识方法(包括平动轴和旋转轴的空间误差检测)；并展开了双路激光的五轴机床空间误差的测量实验.实验表明：采用双路激光对机床单个平动轴同时测量,可避免线性方程组求解步骤,简化了辨识过程；采用双路激光和转台仪的机床旋转轴测量方法,通过简单的代数运算便可辨识出旋转轴的6项误差参数. 展开了基于球杆仪的机床旋转轴空间误差检测辨识的研究,提出了采用组合路径测量方法,简化误差辨识过程.介绍了组合路径测量原理,推导了轴向跳动误差、径向误差、转角定位误差、偏摆角和俯仰角误差的辨识过程.完成了双转台五轴机床旋转轴A轴和C轴的空间误差测量实验,通过对比激光测量结果,验证了组合路径测量方法的可靠性. 提出了基于球杆仪的五轴数控机床主轴热误差检测辨识方法.借助球杆仪的空间轨迹测量功能,通过一次安装,便可完成两个旋转轴的测量路径；采用最小二乘方法对测量数据进行处理,辨识出主轴的热误差,包括轴向热伸长和另外两个方向的热漂移.结合ISO230-3标准中五点法的对比实验,验证了所提球杆仪主轴热误差测量方法的可行性和有效性. 建立了基于NURBS的数