本課題的研宄主要來(lái)源于國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于工件能耗屬性的制 造系統(tǒng)能效提升方法研宄”。
在龍門精工加工系統(tǒng)中無(wú)論是針對(duì)單電磁懸浮系統(tǒng)的控制還是多電磁懸浮系統(tǒng) 的控制，其控制目標(biāo)就是為了減小電磁懸浮氣隙的輸出與給定之間的偏差，即電磁懸 浮系統(tǒng)的實(shí)際輸出的氣隙與設(shè)定的氣隙之間的偏差。懸浮氣隙的偏差是導(dǎo)致部件精度 下降的重要原因之一。由多電磁懸浮系統(tǒng)加工出來(lái)的部件其精度的高低是由多電磁懸 浮系統(tǒng)協(xié)調(diào)決定的。如果只是相對(duì)獨(dú)立的對(duì)各個(gè)單電磁懸浮系統(tǒng)的誤差進(jìn)行控制而不 考慮其它電磁懸浮氣隙的情況以及整體的運(yùn)行情況，那么加工出的部件就會(huì)存在很大 的誤差，尤其是在高速的情況下運(yùn)行，當(dāng)不同的電磁懸浮系統(tǒng)參數(shù)不一致時(shí)會(huì)因此導(dǎo) 致兩個(gè)系統(tǒng)不同步，使得加工出來(lái)的部件發(fā)生了形變。
基于無(wú)源控制理論本章介紹了單磁懸浮系統(tǒng)無(wú)源控制器的設(shè)計(jì)。首先建立了電磁 懸浮系統(tǒng)的能量函數(shù)，然后建立出電磁懸浮系統(tǒng)哈密爾頓方程，通過(guò)選取適當(dāng)?shù)幕ヂ?lián)陣和耗散陣來(lái)重新建立電磁懸浮系統(tǒng)的哈密爾頓方程。通過(guò)三個(gè)哈密爾頓函數(shù)約束條 件來(lái)求解偏微分方程，從而推出單電磁懸浮系統(tǒng)無(wú)源控制器的表達(dá)式。無(wú)源控制器設(shè) 計(jì)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。仿真結(jié)果表明無(wú)源控制器加快了單電磁懸浮系統(tǒng)較強(qiáng)的響應(yīng)速度, 提高了其魯棒性，最終提高了懸浮精度。
由于時(shí)間的原因龍門精工加工中心雙電磁懸浮系統(tǒng)的耦合分析還有許多問題有 待解決。本文只對(duì)移動(dòng)橫梁垂直方向的耦合情況進(jìn)行了分析，而沒有同時(shí)對(duì)水平方向 由于直線電機(jī)導(dǎo)向單元不同步造成的耦合情況進(jìn)行分析。今后可以在建立雙電磁懸浮 系統(tǒng)全新耦合模型、解耦算法設(shè)計(jì)以及解耦后獨(dú)立系統(tǒng)設(shè)計(jì)更先進(jìn)的控制器來(lái)改善懸 浮系統(tǒng)的魯棒性等方面進(jìn)行更深入的研究。
裝備制造業(yè)是制造業(yè)的基礎(chǔ)，其發(fā)展水平體現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)化水平，是 國(guó)家綜合實(shí)力和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的主要象征，具有極其重要的戰(zhàn)略意義[1]。而裝備制 造業(yè)的基礎(chǔ)則是精工機(jī)床，精工機(jī)床發(fā)展水平的高低直接決定著裝備制造業(yè)整個(gè) 行業(yè)的水平。一個(gè)國(guó)家精工機(jī)床業(yè)的水平己經(jīng)成為衡量該國(guó)制造業(yè)水平、工業(yè)現(xiàn) 代化程度和國(guó)家綜合競(jìng)爭(zhēng)力的重要標(biāo)志，直接關(guān)系到國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防安全及 戰(zhàn)略地位[2][3]。
現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)是產(chǎn)品的可靠性研究的基礎(chǔ)，但由于研發(fā)周期短、試驗(yàn)成本高，企 業(yè)難以獲得足夠的可靠性數(shù)據(jù)[1()][49]，導(dǎo)致試驗(yàn)單位獲得數(shù)據(jù)的難度增大，不能 從研發(fā)企業(yè)中直接獲得大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。這就要求試驗(yàn)單位在產(chǎn)品出廠后派人進(jìn) 行時(shí)時(shí)跟蹤記錄，從生產(chǎn)企業(yè)轉(zhuǎn)到用戶企業(yè)采集故障數(shù)據(jù)以及其他相關(guān)數(shù)據(jù)。圓 盤式刀庫(kù)自動(dòng)換刀系統(tǒng)作為加工中心的關(guān)鍵功能部件之一，其可靠性水平是影響 機(jī)床整機(jī)的可靠性水平的主要因素之一。但是考慮到加工中心現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況： 加工時(shí)間包括換刀時(shí)間和工步持續(xù)時(shí)間這兩部分，換刀時(shí)間比較短，一般在 5s~10s之間，工步持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，一般在3min~2h之間，故相對(duì)于工步持續(xù) 時(shí)間，換刀時(shí)間比較短，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)故障周期拉長(zhǎng)，采集效率不高。這就要求除了 在現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)外，試驗(yàn)單位應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)室的條件下，對(duì)其進(jìn)行加速試驗(yàn)，快速 激發(fā)其潛在故障，使故障在短時(shí)間內(nèi)暴露出來(lái)，提高故障數(shù)據(jù)采集效率。
國(guó)內(nèi)對(duì)可靠性這門學(xué)科的研宄可以追溯到20世紀(jì)五十年代，相對(duì)于美國(guó)、 德國(guó)、日本、加拿大等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)的可靠性研宄起步晚，但在國(guó)際發(fā)展 的大環(huán)境下，我國(guó)對(duì)可靠性的研宄突飛猛進(jìn)。20世紀(jì)80年代，我國(guó)相繼成立了 部級(jí)和*********可靠性機(jī)構(gòu)：1981年成立了中國(guó)電子產(chǎn)品可靠性信息交換中心， 1985年成立了航空設(shè)備可靠性信息通信網(wǎng)，1987年成立了中國(guó)機(jī)械工業(yè)可靠性 技術(shù)研究中心，1988年成立了國(guó)防科工委質(zhì)量與可靠性中心與信息交換網(wǎng)，1989 年成立了中國(guó)軍用電子產(chǎn)品可靠性委員會(huì)，1990年成立了中國(guó)質(zhì)協(xié)可靠性專業(yè) 委員會(huì)，1994年國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局發(fā)出關(guān)于加強(qiáng)產(chǎn)品可靠性工作的若干意見的通 知mnw。現(xiàn)今，國(guó)家高度重視可靠性在各個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展，將可靠性技術(shù)應(yīng)用到 產(chǎn)品的研發(fā)、制造以及使用的各個(gè)階段。在精工機(jī)床領(lǐng)域，國(guó)家將精工裝備的可 靠性技術(shù)研究列為科技重大專項(xiàng)，針對(duì)精工機(jī)床的可靠性預(yù)測(cè)、預(yù)警、設(shè)計(jì)以及 可靠性的建模、評(píng)估和分配方法等方面展開了深入的研究。
試驗(yàn)臺(tái)控制系統(tǒng)主要包括兩部分：1.下位機(jī)PLC控制。2.上位機(jī)VB程序控 制。PLC通過(guò)控制繼電器線圈的得電與失電來(lái)控制繼電器觸電（常開觸點(diǎn)閉合, 常閉觸點(diǎn)斷開），進(jìn)而控制試驗(yàn)臺(tái)的機(jī)械系統(tǒng)，以此完成自動(dòng)換刀的動(dòng)作。上位 機(jī)VB程序通過(guò)RS232串口實(shí)現(xiàn)與PLC通訊的，通過(guò)HostLink模式來(lái)直接給PLC 賦值以及讀取PLC返回來(lái)的數(shù)據(jù)。上位機(jī)具有時(shí)時(shí)顯示刀庫(kù)運(yùn)行狀態(tài)以及記錄 刀庫(kù)運(yùn)行數(shù)據(jù)的能力。
本章針對(duì)不同類型的試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析方法進(jìn)行了研宄。從整體上來(lái)講，試驗(yàn) 數(shù)據(jù)分為兩種類型：一種為盤式刀庫(kù)自動(dòng)換刀系統(tǒng)的故障數(shù)據(jù)。根據(jù)樣本量的不 同，實(shí)驗(yàn)室故障數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)故障數(shù)據(jù)采用不用的建模分析方法，前者由于樣本量 小，一般采用貝葉斯分布模型，后者由于樣本量大，一般采用常用分布模型；另 一種為自動(dòng)換刀系統(tǒng)換刀頻率。根據(jù)采集數(shù)據(jù)的難易程度，實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)頻率數(shù) 據(jù)分布采用直接計(jì)算法和近似求取法。通過(guò)實(shí)驗(yàn)室換刀頻率與現(xiàn)場(chǎng)換刀頻率的對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室換刀頻率要比現(xiàn)場(chǎng)換刀頻率高，有利于在短時(shí)間內(nèi)激發(fā)自動(dòng) 換刀系統(tǒng)的潛在故障，暴露換刀系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。
目前國(guó)內(nèi)外在進(jìn)行結(jié)構(gòu)體設(shè)計(jì)過(guò)程中，無(wú)論單個(gè)零部件還是裝配體部件都 要面臨一個(gè)問題一結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度問題一般需要從四個(gè)方面進(jìn)行解決： 結(jié)構(gòu)應(yīng)力方面、材料力學(xué)性能方面、強(qiáng)度理論[2()]和振動(dòng)理論。當(dāng)前，大部分固 體力學(xué)計(jì)算將結(jié)構(gòu)應(yīng)力方面的問題作為重點(diǎn)，而材料力學(xué)性能是通過(guò)材料實(shí)驗(yàn) 結(jié)合材料結(jié)構(gòu)條件進(jìn)行解決，強(qiáng)度理論則是在兩者聯(lián)合研究的基礎(chǔ)上創(chuàng)建與之 相應(yīng)的強(qiáng)度理論。具體而言，就是研究材料在復(fù)雜應(yīng)力下發(fā)生破壞的規(guī)律，并 建立一套與之相適應(yīng)的強(qiáng)度計(jì)算準(zhǔn)則及理論[2()]，振動(dòng)理論是在強(qiáng)度理論的基礎(chǔ) 上進(jìn)行模型建立、振動(dòng)分析、參數(shù)識(shí)別等。