[發明專利]一種絲杠加工的時變可靠性分析系統及方法

有效

• 申請號: 202011495982.8
• 申請日: 2020-12-17
• 公開（公告）號: CN112434447B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 李金武;李金洋;倪冰雨;姜潮
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10;G06F119/02;G06F119/08
• 代理公司: 北京律譜知識產權代理有限公司 11457
• 代理人: 黃云鐸

本發明提供了一種針對絲杠加工的時變可靠性分析系統，其特征在于，包括輸入?響應模塊，可靠性分析模塊；其中：輸入?響應模塊包括不確定性參數描述單元和響應求解單元；不確定性參數描述單元工程經驗通過區間過程來描述具有不確定性具有時變特征的熱源強度，即將單位體積單位時間內的熱源發熱量表述成區間過程，通過熱源發熱量的中值函數、半徑函數以及相關系數函數或協方差函數來表征熱源發熱量；響應求解單元通過確定性計算過程求解不確定性參數樣本對應的響應樣本，本發明避免了無差別地對所有絲杠進行檢測而造成的成本高及效率低的問題；同時，絲杠在連續加工過程中的時變可靠性指標也可作為絲杠連續磨削加工工序調整的參考指。

技術領域

本發明涉及絲杠加工可靠性分析技術領域，具體涉及一種絲杠加工的時變可靠性分析系統及方法。

背景技術

絲杠是工具機械和精密機械上最常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉運動轉換成直線運動，它能精確地確定工作臺坐標的位置，而且還要傳遞一定的動力，所以在精度、強度及耐磨性等方面都有很高的要求。因此精密絲杠在加工完成后需要進行精度的檢驗，一般情況下往往是檢驗人員對絲杠的加工誤差進行手工檢驗，來判定其精度是否達標。此種檢驗方式效率低下，消耗大量的人力物力，而且檢驗人員在專業知識和實際工作經驗的參差不齊，也容易造成工件前后測量結果的不一致，造成的誤差較大，在絲杠檢測的效率及準確度之間難以達到平衡。隨著生產任務的不斷加大，勢必會成為擴大工件產量的掣肘。

在磨削過程中，影響絲杠加工精度的因素有很多，其中溫度變化引起的熱變形誤差是一個主要因素，該熱變形誤差具體體現為絲杠的軸向長度誤差。熱變形所引起的加工誤差通常占工件加工總誤差的40％-70％。在加工過程中，當熱變形量超過所允許的范圍時，加工出來的絲杠精度未達到要求,則視該加工狀態屬于危險工況。但是由于絲杠在加工過程中溫度變化的非均勻性以及一些影響熱變形的非線性因素，熱源難以進行確定性的數學描述，其內部溫度場很難精確地模擬，直接導致了熱變形量的直接計算或能反映熱變形量可接受與否的指標的計算的困難，從而使得絲杠只能在加工后進行檢測。

發明內容

本發明針對絲杠加工過程難以直接進行熱變形量計算，只能在加工之后對絲杠進行檢測從而造成檢測成本高及效率低下的問題，提供了一種絲杠加工的時變可靠性分析系統及方法。本發明考慮絲杠在磨削加工過程中的熱源的時變不確定性，將絲杠在加工過程中產生軸向熱變形的主要影響因素作為判斷絲杠加工時可靠與否的因素，即將熱源強度作為絲杠在加工時是否處于安全狀態的評判因素，運用一種新的基于區間過程的時變可靠性分析方法計算絲杠加工的可靠性指標。通過該可靠性指標可判斷絲杠在加工過程中產生的軸向熱變形量是否在可接受的范圍內，而后對可靠性指標符合要求即熱變形量在可接受范圍內的絲杠不進行檢測，從而減小檢測的成本。此外，本發明提出的可靠性指標也可為連續磨削加工時長、磨削進給深度的優化提供優化目標。

本發明的技術方案提供了一種針對絲杠加工的時變可靠性分析系統，包括輸入-響應模塊和可靠性分析模塊，

輸入-響應模塊包括不確定性參數描述單元和響應求解單元；

不確定性參數描述單元工程經驗通過區間過程來描述具有不確定性具有時變特征的熱源強度，即將單位體積單位時間內的熱源發熱量表述成區間過程，通過熱源發熱量的中值函數、半徑函數以及相關系數函數或協方差函數來表征熱源發熱量；

響應求解單元通過確定性計算過程求解不確定性參數樣本對應的響應樣本，即將不確定參數的樣本作為輸入，求該輸入對應的響應樣本以建立輸入樣本及響應樣本集合。響應求解單元將熱源發熱量樣本作為輸入，求解對應的由該熱源發熱量引起的絲杠軸向熱變形量并將軸向熱變形量作為輸出。通過不同的熱源發熱量樣本計算其對應的絲杠軸向熱變形量響應，構建熱源發熱量輸入樣本集以及絲杠軸向熱變形量響應樣本集；