滚珠丝杠导程误差分析与计算机辅助诊断研究
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摘要
本文所研究的内容是汉江机床厂滚珠丝杠磨床改造项目的一部分，介绍了一种利用在线测量获得的滚珠丝杠导程误差对丝杠磨床进行在线工况监测和诊断的方法。
为了分析滚珠丝杠的导程误差，采用了多种方法包括：时域的回归分析、直方图分析、均值—标准偏差控制图分析；频域的功率谱密度分析、倒频谱分析和小波包分析。由于滚珠丝杠导程误差的复杂性，不能直接对它进行功率谱密度分析和倒频谱分析，必须先对它们进行小波包频带分解。这种方法证明是很有效的。
所有的程序都使用Matlab语言编写的。Matlab语言具有非常强大的信号处理功能。最后在对误差数据分析实验取得的参数的基础上，利用Matlab语言编了一个操作界面，从而能够很方便的使用。
What the paper studying is a part of the project of reformation of ball screw grinding machine tool of Hanjiang Machine Tools Factory. This paper introduces a on line working status monitoring and assistant failure diagnose system of ball screw grinding machine using ball screw lead error data which be acquired just after the ball screw is grinded on the machine.
Several methods have been used to analysis the error signal in the paper, include regression analysis, histogram analysis, mean- standard deviation control chart ,they are analysis methods in time domain ;power spectrum density analysis, cepstrum analysis and wavelet package technology, they are analysis methods in frequency domain. Because the ball screw lead error data is so complex that we can't do the power spectrum density analysis and cepstrum analysis directly. Before doing this we must use wavelet package frequency band decomposing technology to decompose the frequency band of the screw lead error data . These methods have been proved to be very useful.
All the programs were written in Matlab language. The Matlab language has very powerful ability in signal processing. In order to be used conveniently ,the software have a friendly interface as we can see in the paper, which is bsed on the parameters acquired from the experiments on the analyse of lead error data.
为了分析滚珠丝杠的导程误差，采用了多种方法包括：时域的回归分析、直方图分析、均值—标准偏差控制图分析；频域的功率谱密度分析、倒频谱分析和小波包分析。由于滚珠丝杠导程误差的复杂性，不能直接对它进行功率谱密度分析和倒频谱分析，必须先对它们进行小波包频带分解。这种方法证明是很有效的。
所有的程序都使用Matlab语言编写的。Matlab语言具有非常强大的信号处理功能。最后在对误差数据分析实验取得的参数的基础上，利用Matlab语言编了一个操作界面，从而能够很方便的使用。
What the paper studying is a part of the project of reformation of ball screw grinding machine tool of Hanjiang Machine Tools Factory. This paper introduces a on line working status monitoring and assistant failure diagnose system of ball screw grinding machine using ball screw lead error data which be acquired just after the ball screw is grinded on the machine.
Several methods have been used to analysis the error signal in the paper, include regression analysis, histogram analysis, mean- standard deviation control chart ,they are analysis methods in time domain ;power spectrum density analysis, cepstrum analysis and wavelet package technology, they are analysis methods in frequency domain. Because the ball screw lead error data is so complex that we can't do the power spectrum density analysis and cepstrum analysis directly. Before doing this we must use wavelet package frequency band decomposing technology to decompose the frequency band of the screw lead error data . These methods have been proved to be very useful.
All the programs were written in Matlab language. The Matlab language has very powerful ability in signal processing. In order to be used conveniently ,the software have a friendly interface as we can see in the paper, which is bsed on the parameters acquired from the experiments on the analyse of lead error data.
引文
1 徐敏 等．设备故障诊断手册—机械设备状态监测和故障诊断．西安交通大学出版社，1999．10
2 钟秉林，黄仁主编．机械故障诊断学．机械工业出版社，1997：1
3 徐玉秀，元培新，杨文平．复杂机械故障诊断的分形与小波方法．机械工业出版社，2003．6
4 何正嘉等，机械设备非平稳信号的故障诊断原理及应用．高等教育出版社，2001．11：1-7
5 许琪，丝杠副动态误差检测与计算机辅助分析、诊断研究．南京理工大学硕士学位论文，2003．3
6 肖明耀．误差理论与应用．．北京：北京计量出版社，1985．
7 李锦西．螺距误差及其来源的相关分析．磨床与磨削，1987(3)：17—41．
8 蒋洪明，张庆．动态测试理论与应用．东南大学出版社，1999．2
9 郭耀增．统计质量控制—相关和回归分析．中国石化出版社，1995．3：42-54
10 周金萍，王冉，吴斌．MATLAB 6实践与提高．中国电力出版社，2002．1：162-174
11 崔延铨．统计质量控制—控制图．中国石化出版社，1995．3
12 王淑君．常规控制图与累计和控制图．国防工业出版社，1990．6
13 胡昌华，李国华，刘涛，周志杰．基于MATLAB 6.X的系统分析与设计—小波分析，第二版．西安电子科技出版社，2004．1
14 杨福生．小波变换工程分析与应用．科学出版社，1999
15 王世一．数字信号处理，修订版．北京理工大学出版社，1997．11
16 张贤达．现代信号处理，第二版．清华大学出版社，2002．10：65-67
17 薛年喜．MATLAB在数字信号处理中的应用．清华大学出版社，2003
18 中华人民共和国国家标准：滚珠丝杠副GB／T17587.3-1998
19 中华人民共和国机械行业标准：滚珠丝杠副验收技术条件JB31 62.2—91．
20 肖沙里，陈骥．滚珠丝杆导程误差动态检测仪及其系统误差修正研究 光学精密工程．Vol．4．No，2，April，1996
21 Rioul O, Vetterli M. Wavelets and signal prosessing. IEEE Signal Processing Magzine, 1991 (10):14-35
22 Haykin S. The wavelet transform: a Method of time-frequency localization. Advances in spectrum analysis and array processing, 1991.366-417
23 中华人民共和国汉江机床厂．S7420使用说明书．85．6
24 张志涌等．精通MATLAB6.5．北京航空航天大学出版社．2003．3：471-473
25 张贤达，保铮．非平稳信号分析与处理．．国防工业出版社，1998：235
26 花国梁．精密测量技术．北京：中国计量出版社，2001
27 卢荣胜．动态测量实时误差修正技术研究．合肥：合肥工业大学博士学位论文，1998
28 陈卓宁．高精度丝杠磨削误差的微机辅助实时测量与控制．华中工学院博士论文．1985
29 梁长垠．光栅检测系统温度误差的补偿方法．传感器技术．2001(20)：49—50
30 周艳红，宾鸿赞．消除阿贝误差的一种新方法．光学精密工程．1994(2)：78—82
31 王玉璞．滚殊丝杆副导程误差的回归分析与频谱分析．计量技术，1987(2)：4—6
32 李锦西．机床传动链精度系统理论的研究．上海交通大学学报，1993,27(4)：32—39．
33 卢文祥，杜润生．机械工程测试．言息．信号分析．华中理工大学出版社，1992．
34 李锦西．机床传动链误差来源的诊断法．齿轮，1984(3)：13—18．
35 谭久彬．精密测量中的误差补偿技术．第一版．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1995
36 Morlet J,Arens G, Fourgeau E ,et al. Wave propagation and sampling theory—Part 1: Complex signal scattering in multilayer media. Geophysics, 1982,47(2):203-236
37 Mallat S G. A theory for multiresolution signal decomposition: The wavelet representation. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1989, 11(7):674-693
38 赵纪正，何正嘉，孟庆丰等．小波包—自回归谱分析及在振动诊断中的应用．振动工程学报，1995，8(3)：198-203
39 He Zhengjia,Zhao Jiyuan, Meng Qingfeng, et al. Wavelet transform and multiresolution signal decomposition for machinery monitoring and diagnosis. Chinese Journal of Mechanical Engineering (English Edition), 1996, 9 (4): 311-317
40 訾艳阳，何正嘉，周金锁等．小波分形技术及其在机械设备非平稳故障诊断中的应用．西安交通大学学报，2000，34(9)：82-87
41 赵纪正，何正嘉，孟庆丰等．小波包模糊聚类诊断网络建立及应用．西安交通大学学报，1998，32(2)：15-20
42 黄世霖．工程信号处理，第一版．人民交通出版社，1986
43 何正嘉，黄昭毅．机械故障诊断案例选编．西安交通大学出版社，1991
44 李锦西，田庚明．导程误差的诊断原理及应用．锦州工学院学报，1987，No．3
45 孟庆丰，何正嘉，赵纪元．数字滤波在机械故障诊断方法中的应用技术．动态分析与测试技术，1994，第四期：5-10
46 王寿林．Y7520W 螺纹磨床常见的故障分析及排除方法．磨床与磨削，1995，第四期：68-70
47 阳佳，王福德，宾鸿赞．丝杆副传动误差的数据采集与分析系统设计．机械，1999，第26卷第6期：15-17
48 杨国安，钟秉林，黄仁，贾民平，许云飞．机械故障信号小波包分解的时域特征提取方法研究．振动与冲击，2001，Vol．20，No．2：25-31
49 杨文平，陈国定，石博强．基于小波理论的复杂机械振动信号降噪分析．北京科技大学学报，2002，24(5)：23-26
2 钟秉林，黄仁主编．机械故障诊断学．机械工业出版社，1997：1
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32 李锦西．机床传动链精度系统理论的研究．上海交通大学学报，1993,27(4)：32—39．
33 卢文祥，杜润生．机械工程测试．言息．信号分析．华中理工大学出版社，1992．
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36 Morlet J,Arens G, Fourgeau E ,et al. Wave propagation and sampling theory—Part 1: Complex signal scattering in multilayer media. Geophysics, 1982,47(2):203-236
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38 赵纪正，何正嘉，孟庆丰等．小波包—自回归谱分析及在振动诊断中的应用．振动工程学报，1995，8(3)：198-203
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40 訾艳阳，何正嘉，周金锁等．小波分形技术及其在机械设备非平稳故障诊断中的应用．西安交通大学学报，2000，34(9)：82-87
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42 黄世霖．工程信号处理，第一版．人民交通出版社，1986
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45 孟庆丰，何正嘉，赵纪元．数字滤波在机械故障诊断方法中的应用技术．动态分析与测试技术，1994，第四期：5-10
46 王寿林．Y7520W 螺纹磨床常见的故障分析及排除方法．磨床与磨削，1995，第四期：68-70
47 阳佳，王福德，宾鸿赞．丝杆副传动误差的数据采集与分析系统设计．机械，1999，第26卷第6期：15-17
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49 杨文平，陈国定，石博强．基于小波理论的复杂机械振动信号降噪分析．北京科技大学学报，2002，24(5)：23-26