CN104778318A - 数控机床主轴零件的非定常寿命同步控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数控机床主轴零件的非定常寿命同步控制方法。首先建立数控机床主轴零件寿命谱，确定数控机床主轴的最小寿命同步时间和最大寿命同步时间；利用遗传算法，计算每个寿命同步时间内数控机床主轴零件的有效寿命，依据零件故障隐患判定准则，判断并标记零件的故障隐患状态，求解获得同步控制方案；依据同步控制方案，对故障隐患零件指派不固定周期的寿命同步措施，消除零件的故障隐患；然后，更新主轴零件有效寿命，实现主轴零件间的工作寿命同步。本发明由于寿命同步的次数和间隔依据零件故障隐患的状态动态变化、不固定周期，因此避免了固定周期的寿命同步导致的零件过度维护或维护不足，具有更好的经济性、实用性和灵活性。

Description

数控机床主轴零件的非定常寿命同步控制方法

技术领域

本发明涉及一种装备运行维护与管理方法，尤其是涉及一种数控机床主轴零件的非定常寿命同步控制方法。

背景技术

高速化、高精度已成为当今机床发展的方向，而主轴部件是结构最复杂的部件，也是故障率较高的部件。主轴系统的工作寿命就直接关系到整个数控机床的使用寿命和工作性能。主轴系统由于其组成零件的耗损、运动副间隙或摩擦的变化等，出现突发性故障导致整机失效，最终使得数控机床不能达到其规定的工作寿命。例如，主轴系统的齿轮过度磨损及间隙增大，导致工作齿面材料大量磨损，齿厚明显减薄，齿廓形状破坏，齿轮工作寿命减少，发生齿牙折断等。传统的数控机床主轴零件寿命控制方法采用定期检查主轴零件状态的方法，通过经历相同时间段后对主轴零件维修或更换。该方法无法依据主轴零件的实际状态采取合适的措施，导致零件过度维护或维护不足，即存在故障隐患的零件得不到维修或更换，不存在故障隐患的零件被维修或更换，造成数控机床主轴的潜在故障失效可能增加，降低了数控机床整机的利用率，增加了维修费用，减少了使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种数控机床主轴零件的非定常寿命同步控制方法，通过计算非定常的主轴零件寿命同步时刻有效寿命，依据零件故障隐患判定准则，标记零件故障隐患状态，分配非定常周期的寿命同步控制措施，消除故障隐患，实现主轴零件间的工作寿命同步以及主轴零件工作寿命与数控机床主轴设计工作寿命同步。

为了实现上述目的，本发明采用技术方案是：

一种数控机床主轴零件的非定常寿命同步控制方法，步骤如下：

1.1)数控机床主轴被要求具有一定且有限时间的设计工作寿命T，根据数控机床设计工作寿命指标要求、零件样本手册，建立数控机床主轴零件寿命谱，

$\begin{array}{c}{c}_1\\ c_2\\ .\\ .\\ .\\ c_{m-1}\\ c_m\end{array}\left[\begin{array}{ccc}d{l}_1& t{p}_1^{-}& t{p}_1^{+}\\ d{l}_2& t{p}_2^{-}& t{p}_2^{+}\\ .& .& .\\ .& .& .\\ .& .& .\\ d{l}_{m-1}& t{p}_{m-1}^{-}& t{p}_{m-1}^{+}\\ d{l}_m& t{p}_m^{-}& t{p}_m^{+}\end{array}\right]$

式中，i是数控机床主轴零件编号，dl_i是主轴零件的设计寿命，是主轴零件的最小设计维护阀值，是主轴零件的最大设计维护阀值；

1.2)根据数控机床主轴零件寿命谱，确定数控机床主轴的最小允许寿命同步阀值数控机床主轴的最大允许寿命同步阀值数控机床主轴零件的寿命同步时间 是第j次零件寿命同步的时间，j是零件寿命同步编号，是第j-1次零件寿命同步时间与第j次零件寿命同步时间之间的间隔，即零件的寿命同步节点由零件的有效寿命计算确定，时间间隔不固定为非定常值；

1.3)依据数控机床主轴寿命同步时间容许范围计算主轴零件寿命额定同步次数N；

1.4)利用遗传算法计算求解，获得数控机床主轴非定常寿命同步控制方案；

1.5)依据数控机床主轴零件非定常寿命同步控制方案，依次对故障隐患零件实施寿命同步控制措施，并更新零件有效寿命，实现主轴零件间的工作寿命同步。

所述数控机床主轴的最小允许寿命同步周期，为主轴零件的最小设计维护时间的最小值，即 $t{p}_{\min }^{*}=\min \left\{t{p}_i^{-}\right|i\∈(\mathrm{1,2},...,m)\}.$

所述数控机床主轴的最大允许寿命同步周期，为主轴零件的最大设计维护时间的最小值，即 $t{p}_{\max }^{*}=\min \left\{t{p}_i^{+}\right|i\∈(\mathrm{1,2},...,m)\}.$

所述数控机床主轴零件寿命额定同步次数

所述的利用遗传算法计算求解，使用遗传算法，以数控机床主轴设计寿命期间维护费用最小为求解目标，以非定常寿命同步时间为变量，设定种群规模、迭代次数、交叉概率和变异概率，依次计算每个非定常寿命同步时间对应数控机床主轴零件的有效寿命，依据零件故障隐患判定准则，标记零件故障隐患状态。

所述的数控机床主轴非定常寿命同步控制方案，包括数控机床主轴寿命同步时间方案和数控机床主轴零件寿命同步措施方案，

式中，pm_ij为第i个零件在第j个寿命同步时间时的寿命同步措施，pm_ij＝0,pm_ij＝1表示不实施寿命同步措施，pm_ij＝2表示对零件实施维修，pm_ij＝3表示对零件实施更换。

所述的更新零件有效寿命，是通过对未达到零件设计寿命dl_i的零件实施维修，部分提高零件的有效寿命，其中，wt_ij是第i个零件在第j个寿命同步时间末的有效寿命，是第i个零件在第j个寿命同步时间末更新后的有效寿命。

所述的更新零件有效寿命，是通过对达到零件设计寿命dl_i的零件实施更换，重置零件的有效寿命，

所述的数控机床主轴零件的有效寿命计算公式为：

所述的零件故障隐患判定准则，依据计算获得寿命同步时间末的零件的有效寿命wt_ij，

10.1)若则不存在故障隐患，故障隐患状态标记为‘0’，不实施寿命同步措施，对应数控机床主轴零件寿命同步措施方案中pm_ij＝0；

10.2)若则存在一定故障隐患，故障隐患状态标记为‘1’，但不实施寿命同步措施，对应数控机床主轴零件寿命同步措施方案中pm_ij＝1；

10.3)若则存在较大故障隐患，故障隐患状态标记为‘2’，实施维修寿命同步措施，对应数控机床主轴零件寿命同步措施方案中pm_ij＝2；

10.4)若dl_i＜wt_ij，则存在严重故障隐患，故障隐患状态标记为‘3’，实施更换寿命同步措施，对应数控机床主轴零件寿命同步措施方案中pm_ij＝3；

本发明具有的有益效果是：

1、采用本发明可实现数控机床主轴零件的非定常寿命同步控制，通过数控机床主轴零件计算主轴零件寿命同步时刻有效寿命，依据零件故障隐患判定准则，标记零件故障隐患状态，动态分配寿命同步控制措施，进一步有效解决数控机床主轴零件工作寿命不同步，主轴零件工作寿命与数控机床主轴设计工作寿命不一致的问题；

2、本发明提出的非定常寿命同步方法，可以不固定间隔、动态进行数控机床主轴的寿命同步，解决了固定周期寿命同步导致的零件过度维护或维护不足；

3、本发明提出的零件故障隐患判定准则建立方法，可以准确辨识数控机床主轴的潜在故障零件，解决了数控机床主轴零件的故障隐患状态精确判断的问题。

本发明与一般固定周期的寿命同步控制方法相比，由于寿命同步的次数和间隔依据零件故障隐患的状态动态变化、不固定周期，因此避免了固定周期的寿命同步导致的零件过度维护或维护不足，具有更好的经济性、实用性和灵活性。

附图说明

图1是数控机床主轴零件的非定常寿命同步控制方法的一种流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。

图1是本发明相应的一种数控机床主轴零件的非定常寿命同步控制方法流程图。

本发明以数控机床主轴零件有效寿命控制为核心，根据数控机床主轴零件的有效寿命，不固定周期对数控机床主轴零件不同的故障隐患状态进行有效寿命调整控制。具体体现在通过非定常寿命同步时间，依据数控机床主轴零件的有效工作寿命，动态分配寿命同步控制措施，达到避免固定周期寿命同步导致的零件过度维护或维护不足的目的，进而实现主轴零件间的有效寿命同步以及主轴零件工作寿命与数控机床主轴设计寿命同步。

实施案例

1、被告知的数控机床，例如某型号数控卧式坐标镗床，根据该机床的主轴设计需求任务书，记录该数控卧式坐标镗床的数控机床设计工作寿命指标要求T＝600天、零件样本手册信息，建立数控机床主轴零件寿命谱。数控机床主轴零件寿命谱如表1所示。

2、根据数控机床主轴零件寿命谱，确定数控机床主轴的最小允许寿命同步周期天，数控机床主轴的最大允许寿命同步周期 $t{p}_{\max }^{*}=\min \left\{t{p}_i^{+}\right|i\∈(\mathrm{1,2},...,5)\}=150$ 天。

3、依据数控机床主轴寿命同步时间容许范围计算主轴零件寿命额定同步次数

4、以数控机床主轴设计寿命期间维护费用最小为求解目标，以非定常寿命同步时间为变量，设定种群规模100、迭代次数50、交叉概率0.8和变异概率0.03，获得数控机床主轴非定常寿命同步控制方案，数控机床主轴非定常寿命同步控制方案如表2所示，数控机床主轴定常寿命同步控制方案如表3所示，对比发现提出的一种数控机床主轴非定常寿命同步控制方法具有明显的成本优势。

5、依据数控机床主轴零件非定常寿命同步控制方案，依次对故障隐患零件实施寿命同步控制措施，并更新零件有效寿命，实现主轴零件间的工作寿命同步。

表1 数控机床主轴零件寿命谱

表2 数控机床主轴非定常寿命同步控制方案

表3 数控机床主轴定常寿命同步控制方案

Claims (10)

1.一种数控机床主轴零件的非定常寿命同步控制方法，其特征在于，步骤如下：

1.1)数控机床主轴被要求具有一定且有限时间的设计工作寿命T，根据数控机床设计工作寿命指标要求、零件样本手册，建立数控机床主轴零件寿命谱，

式中，i是数控机床主轴零件编号，dl_i是主轴零件的设计寿命，是主轴零件的最小设计维护阀值，是主轴零件的最大设计维护阀值；

1.2)根据数控机床主轴零件寿命谱，确定数控机床主轴的最小允许寿命同步阀值数控机床主轴的最大允许寿命同步阀值数控机床主轴零件的寿命同步时间 是第j次零件寿命同步的时间，j是零件寿命同步编号，是第j-1次零件寿命同步时间与第j次零件寿命同步时间之间的间隔，即零件的寿命同步节点由零件的有效寿命计算确定，时间间隔不固定为非定常值；

1.3)依据数控机床主轴寿命同步间隔容许范围计算主轴零件寿命额定同步次数N；

1.4)利用遗传算法计算求解，获得数控机床主轴非定常寿命同步控制方案；

1.5)依据数控机床主轴零件非定常寿命同步控制方案，依次对故障隐患零件实施寿命同步控制措施，并更新零件有效寿命，实现主轴零件间的工作寿命同步。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的数控机床主轴的最小允许寿命同步周期，为主轴零件的最小设计维护时间的最小值，即

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的数控机床主轴的最大允许寿命同步周期，为主轴零件的最大设计维护时间的最小值，即

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的数控机床主轴零件寿命额定同步次数

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的利用遗传算法计算求解，使用遗传算法，以数控机床主轴设计寿命期间维护费用最小为求解目标，以非定常寿命同步时间为变量，设定种群规模、迭代次数、交叉概率和变异概率，依次计算每个非定常寿命同步时间对应数控机床主轴零件的有效寿命，依据零件故障隐患判定准则，标记零件故障隐患状态。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的数控机床主轴非定常寿命同步控制方案，包括数控机床主轴寿命同步时间方案和数控机床主轴零件寿命同步措施方案，

式中，pm_ij为第i个零件在第j个寿命同步时间的寿命同步措施，pm_ij＝0,pm_ij＝1表示不实施寿命同步措施，pm_ij＝2表示对零件实施维修，pm_ij＝3表示对零件实施更换。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的更新零件有效寿命，是通过对未达到零件设计寿命dl_i的零件实施维修，部分提高零件的有效寿命，其中，wt_ij是第i个零件在第j个寿命同步时间末的有效寿命，是第i个零件在第j个寿命同步时间末更新后的有效寿命。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的更新零件有效寿命，是通过对达到零件设计寿命dl_i的零件实施更换，重置零件的有效寿命，

9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的数控机床主轴零件的有效寿命计算公式为：

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述的零件故障隐患判定准则，依据计算获得寿命同步时间末的零件的有效寿命wt_ij，

10.1)若则不存在故障隐患，故障隐患状态标记为‘0’，不实施寿命同步措施，对应数控机床主轴零件寿命同步措施方案中pm_ij＝0；

10.2)若则存在一定故障隐患，故障隐患状态标记为‘1’，但不实施寿命同步措施，对应数控机床主轴零件寿命同步措施方案中pm_ij＝1；

10.3)若则存在较大故障隐患，故障隐患状态标记为‘2’，实施维修寿命同步措施，对应数控机床主轴零件寿命同步措施方案中pm_ij＝2；

10.4)若dl_i＜wt_ij，则存在严重故障隐患，故障隐患状态标记为‘3’，实施更换寿命同步措施，对应数控机床主轴零件寿命同步措施方案中pm_ij＝3。