颤振是滚齿加工中影响齿面质量的关键因素之一,其预测和抑制方法是滚齿稳定性研究的重点。针对叶瓣图应用于滚齿稳定性分析时动力学参数获取困难、切削厚度难以确定等问题,通过模态和切削力有限元仿真方法,获取滚刀系统的模态参数和动力学参数,在此基础上建立滚齿稳定性叶瓣图。通过采集滚齿加工振动信号,分析稳定切削与颤振切削下的振动特征量,确定了颤振时的加工参数及颤振频率,并结合滚齿进给量与极限切深经验公式验证所建模型的有效性。

采用直驱技术制造回转功能部件目前已经成为国际机床产业的发展趋势,针对目前精密数控螺母磨床用回转工作台多采用蜗轮蜗杆传动,其结构复杂,精度不高,设计了直驱数控回转工作台,包括整体机械结构设计,电动机选型及液压夹紧系统设计。系统采用高精度力矩电动机直接驱动工作台进行运转,通过带集成角度测量系统的推力/向心轴承支承整个工作台面,并且通过液压夹紧装置完成了工作台的夹紧与松开动作。该工作台结构简单紧凑,取消了中间的传动环节,有效的提高了测量精度,为实现精确的自动分度,扩大数控机床加工范围提供了有参考价值的加工手段。

滚珠丝杠副预紧力丧失将导致机床进给精度及加工质量受到显著影响,实时监测滚珠丝杠副预紧力的变化并对其健康状态作出诊断具有重大意义。提出了一种将EMD（Empirical Mode Decomposition）与MSE（Multi-Scale Entropy）相结合的信号处理方法进行预紧力丧失的故障诊断;设计了一种新型双螺母预紧力调节装置,用于采集不同预紧力水平下的螺母振动信号,通过EMD分解得到振动信号第一特征频率附近的IMF（Intrinsic Mode Function）分量,接着计算该IMF多个尺度下的熵值,分别以多尺度熵值与第一特征频率为特征向量建立BP神经网络进行预紧力丧失的诊断。诊断结果表明,以多尺度熵作为故障诊断特征向量时,神经网络的诊断正确率相比后者提高了50%。研究结果可用于基于振动特征的滚珠丝杠副预紧力丧失的故障诊断,对于促进滚珠丝杠副健康状态监测方法的发展具有重大意义...

为了进行丝杠硬态旋风铣削下工艺能耗与工艺性能协同优化研究,提出一种同时考虑切削比能、表面粗糙度和表层残余应力的多目标优化方法。基于Box-Behnken试验设计,采用响应曲面法对丝杠硬态旋铣的切削比能、表面粗糙度和表层残余应力进行建模,进一步构建了以丝杠硬态旋铣工艺参数为变量、以低能耗和高性能为优化目标的多目标优化模型。采用改进型非支配排序遗传算法对该模型进行求解,并通过试验数据和优化结果的比较论证了本文优化方法的有效性。

滚珠丝杠副润滑失效将导致进给精度及加工质量受到显著影响，因此通过振动信号对其润滑条件进行在线识别并对失效状态作出诊断具有重大意义。文章通过试验模拟了滚珠丝杠副油润滑不良、油润滑充分和脂润滑充分三种润滑条件。首先提出了基于小波包分解（WPD）的振动信号能量提取算法，计算得到不同润滑条件下振动信号不同频率带上的信号能量；然后建立了遗传算法（GA）优化后的BP神经网络；最后将信号能量作为特征向量导入至遗传神经网络中进行训练并进行测试。测试结果表明，神经网络的诊断正确率达到90%。研究结果可用于滚珠丝杠副润滑失效的故障诊断，对于促进滚珠丝杠副健康状态监测方法的发展具有重大意义。

为探究滚珠丝杠滚道的研磨工艺,应用自主研制的滚珠丝杠研磨工装及研磨试验台,对单根丝杠进行分段研磨试验,重点研究了丝杠行程误差、滚道表面粗糙度及表面残余应力随研磨周期的变化情况。结果表明,使用自制的研磨工装可有效改善滚珠丝杠的行程误差,减小左右滚道粗加工时存在的粗糙度差异。其中,左右滚道全程变动量分别下降46.5%、24.2%,表面粗糙度Ra分别达到0.2658μm、0.2843μm。此外,研磨前滚道表面残余应力在-200MPa以下,随研磨周期数增加,滚道表面残余应力增大,研磨后表面残余压应力可达-450MPa以上,有利于疲劳寿命。试验验证了自主研制的丝杠研磨装置及丝杠研磨工艺的有效性,并为深入研究研磨参数对滚道表面的影响提供了借鉴意义。

文章在总结当前滚动直线导轨副寿命及失效演变研究的现状及不足的基础上,制定并开展了基于全周期分段步加策略的小子样滚动直线导轨副加速失效演变试验;记录并分析了整个试验周期中的可靠性故障现象,滚动接触疲劳失效过程中的噪声、失效样件表面形貌以及残余应力的演变情况;验证了该试验方法的可行性与高效性;同时文章研究了硬度对整个寿命过程的影响,发现硬度主要影响导轨副早期的磨损与压痕,对疲劳失效并没有明显影响。

根据数控机床的重要功能部件——滚动直线导轨副的结构特点和承载特性,基于弹性力学及赫兹弹性接触理论,推导滚动直线导轨副在倾斜力矩作用下的静刚度模型。分别使用理论模型计算和试验测定某商用滚动直线导轨副的倾斜静刚度,结果表明：理论计算与试验测定的倾斜静刚度曲线非常吻合,验证了该理论计算模型的正确性。

为了解决滚动直线导轨副额定静载荷难以直接测定的现状,基于滚动直线导轨副的结构特点,结合ISO14728-2关于滚动直线导轨副额定静载荷的定义和计算方法,提出利用滚动直线导轨副加载/卸载刚性曲线来间接测定其额定静载荷的试验方案,并且实际测定了某商用滚动直线导轨副的额定静载荷,验证了该试验方案的可行性。在试验的基础上,进一步分析了滚动直线导轨副的承载变形机理,指出现有滚动直线导轨副额定静载荷计算方法的不足,提出考虑承载过程中接触角改变的修正算法,计算结果显示该算法能显著降低计算误差。

梯形丝杠副产品在实际使用时缺乏可信的扭矩-轴向力参考值，工厂也无有效检测设备，而公式计算法又有其局限性，给产品选用带来困难。提出了梯形丝杠副扭矩-轴向力直接测量的方法，并使用三维建模软件设计出-套直接测量梯形丝杠副扭矩-轴向力的装置，该装置装配快捷，测量精度高，可推广使用。