[发明专利]一种切削工况下的主轴回转精度劣化溯源系统

权利要求书

1.一种切削工况下的主轴回转精度劣化溯源系统，其特征在于，包括在线处理部分和离线处理部分；所述在线处理部分包括数据采集模块、信号分析与处理模块和人机交互模块；所述离线处理部分包括劣化溯源模块；

所述数据采集模块用于采集切削工况下的主轴振动位移信号，得到主轴回转误差并传输至所述信号分析与处理模块；

所述信号分析与处理模块将接收到的主轴回转误差信号进行频谱变换，并对其频谱图进行分析；同时，对采集到的原始振动信号进行降噪处理，对传感器测得的主轴振动位移信号进行误差分离，并用形状成像法对主轴回转误差进行误差结果评定；

所述人机交互模块与信号分析与处理模块进行信息交互，用于显示评定结果，并生成报表；设置采集信号的参数并传输至所述信号分析与处理模块；

所述劣化溯源模块用于进行基于轴心轨迹的主轴回转精度劣化分析，实现主轴运行状态识别；

所述信号分析与处理模块包括信号降噪模块和误差分离模块；所述信号降噪模块中采用基于VMD与小波变换联合的降噪方法，所述误差分离模块中采用三点法或矩阵算法对降噪后的误差信号进行误差分离；

所述降噪方法包括：

步骤11、输入主轴振动位移信号设置VMD参数：惩罚因子设置为2000，带宽参数设置为τ＝0并输入分解层数k，将原始振动信号分解为k个IMF分量；

步骤12、输入不同的k值，得到中心频率分布值；根据中心频率判断分解层数的优劣差异，确定分解层数；

步骤13、计算各IMF分量与原始主轴振动位移信号的相关性，根据相关系数原则选择相关度较高的IMF分量，舍弃相关度较低的IMF分量；

步骤14、采用小波自适应阈值对选择的IMF分量进行降噪，并将降噪后的各分量进行重构，得到降噪后的主轴回转位移信号。

2.如权利要求1所述溯源系统，其特征在于，在所述数据采集模块中，采用三个电涡流位移传感器A、B、C采集主轴振动位移信号，所述主轴振动位移信号是主轴回转误差和被测目标的表面形状误差的集合。

3.如权利要求2所述溯源系统，其特征在于，三个所述电涡流位移传感器A、B、C设置在主轴的周围，所述电涡流位移传感器A位于X轴的轴线上，所述电涡流位移传感器B放置于与X轴成α角度的位置上，所述电涡流位移传感器C放置于与X轴成β角度的位置上，三个所述电涡流位移传感器A、B、C处于同一截面且传感器延长线汇于一点。

4.如权利要求3所述溯源系统，其特征在于，所述角度α和角度β的取值为：α∈(80.2°,83.7°)，β∈(134.6°,144.4°)。

5.如权利要求1所述溯源系统，其特征在于，所述小波自适应阈值函数η(x,λ)为：

式中，x＝(x₁,x₂,…,x_N)是不含噪声信息的原始信号，N为采样点数；k＝(k₁,k₂,…,k_N)，且k～N(0,σ²)属于噪声，σ是噪声的标准差；λ为乘法算子；参数a、b为正常数；m为小波函数阈值的逼近程度，在区间(0,1)中调整参数m的大小。

6.如权利要求1所述溯源系统，其特征在于，所述三点法误差分离方法包括：

步骤21、设三个电涡流位移传感器A、B、C的输出信号分别为S₀(θ)、S₁(θ)、S₂(θ)；

步骤22、将三个输出信号乘以权系数c₀、c₁、c₂相加之后构造形状误差线性方程；

步骤23、对形状误差线性方程进行FFT变换，提取出形状误差r(θ)；

步骤24、将得到的形状误差r(θ)带入所述步骤21的三个输出信号表达式中，得到回转误差的X轴和Y轴的两个分量x(θ)、y(θ)。