本发明涉及精密机床，具体为一种基于数据分析的精密机床主轴智能控制系统。
背景技术：
1、在现代制造业中，精密机床已成为高精度加工和高效生产的核心设备，随着技术的不断进步，传统的手动和半自动控制方式逐渐被更加智能化的控制系统所取代，这些智能控制系统通过实时监测和调整加工参数，不仅提高了加工精度，还有效地延长了机床的使用寿命，在精密机床领域，主轴作为整个系统的核心部件，其性能直接影响加工质量和效率，因此，主轴的智能控制成为提升整体加工效果的关键技术之一，通过实时数据分析和反馈调节，可以显著改善主轴在高负载、高速加工中的稳定性和精度。
2、尽管精密机床主轴的智能控制技术在许多方面取得了显著进展，但目前仍存在一些不足之处，尤其在高速加工和重载切削过程中，主轴的振动往往导致加工表面粗糙度的波动，影响产品的质量，同时，现有的控制系统在应对复杂的多因素干扰时，往往缺乏足够的灵活性和精确性，难以有效地控制热应力和切削力变化带来的负面影响，影响加工精度。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于数据分析的精密机床主轴智能控制系统，解决了上述背景技术中的问题。
2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种基于数据分析的精密机床主轴智能控制系统，包括主轴监测模块、振动位移评估模块、智能抗振控制模块和控制效果验证模块；
3、所述主轴监测模块基于精密机床主轴周围设置的多组传感器，对主轴加工零件过程中主轴工作状态信息进行实时监测，还根据主轴加工零件过程中轴体振动情况，经数据处理后，共同获取特征信息数据集合；
4、所述振动位移评估模块用于将所述特征信息数据集合进行无量纲处理和机器学习计算后，拟合获取振动位移综合评估值xzh，若所述振动位移综合评估值xzh超过预设的振动位移评估阈值x，此时将向外发送抗振控制指令；
5、所述智能抗振控制模块用于接收抗振控制指令后，将振动位移综合评估值xzh、振动位移评估阈值x和主轴转速vzs相关联，拟合获取主轴修正转速vxz，并依据获取的主轴修正转速vxz数值对精密机床进行调整；
6、所述控制效果验证模块基于主轴调整后的转速，对加工完成后零件的表面粗糙程度状态进行分析，输出粗糙度差异指数zcc，并将其与差异阈值y进行对比，获取相应的控制效果等级指令并执行。
7、优选的，所述主轴监测模块包括部署单元和主轴状态信息监测单元和数据处理单元；
8、所述部署单元用于在精密机床主轴周围部署若干组传感器，其中包括旋转编码器、温度传感器、力传感器、加速度传感器、激光多普勒测振仪、事件触发传感器和相位差测量仪；
9、所述主轴状态信息监测单元基于通过部署的若干组传感器，对主轴加工零件过程中主轴工作状态信息进行实时监测，还根据主轴加工零件过程中轴体振动情况，获取主轴振动周期特征信息；
10、所述数据处理单元用于对所述主轴工作状态信息以及主轴振动周期特征信息进行数据预处理，识别和消除出现的错误、异常值或噪音，并对数据进行标准化处理，从中进行特征提取，以获取特征信息数据集合，所述特征信息数据集合包括主轴转速vzs、温度变化量tbh、切削力变化量nbh、振动加速度azd、振动频率pzd和振动发生时间tzd和振动初始相位角jzd。
11、优选的，所述振动位移评估模块包括热效应分析单元、切削力分析单元、振动位移评估单元和判定单元；
12、所述热效应分析单元包括刚度系数分析子单元和热效应振动位移分析子单元；
13、所述刚度系数分析子单元依据特征信息数据集合，经无量纲处理后，用于分析主轴温度的变化对主轴刚度系数kgd的关系，所述主轴刚度系数kgd通过以下公式进行获取；
14、
15、式中，表示为基准刚度系数，表示为主轴热膨胀系数，表示为温度变化量；
16、所述热效应振动位移分析子单元依据特征信息数据集合，经无量纲处理后，用于分析主轴刚度的变化对热效应振动位移值xrx的影响，所述热效应振动位移值xrx通过以下公式进行获取；
17、
18、式中，kgd表示为主轴刚度系数，azd表示为振动加速度，pzd表示为振动频率，tzd表示为振动发生时间，jzd表示为振动初始相位角。
19、优选的，所述切削力分析单元依据特征信息数据集合，经无量纲处理后，用于分析主轴切削力的变化对切削力振动位移值xqx的影响，所述切削力振动位移值xqx通过以下公式进行获取；
20、
21、式中，kgd表示为主轴刚度系数，nbh表示为切削力变化量，pzd表示为振动频率，tzd表示为振动发生时间，jzd表示为振动初始相位角，其中，表示为切削力变化率。
22、优选的，所述振动位移评估单元用于将所述热效应振动位移值xrx与切削力振动位移值xqx进行相关联，拟合获取振动位移综合评估值xzh，具体通过以下公式进行获取；
23、
24、式中，和2分别表示为热效应振动位移值xrx与切削力振动位移值xqx的权重值，a表示为第一修正常数。
25、优选的，所述判定单元预先设置振动位移评估阈值x，并将所述振动位移综合评估值xzh与振动位移评估阈值x进行对比分析，以判定是否发出抗振控制指令，所述抗振控制指令具体内容如下：
26、若所述振动位移综合评估值xzh≥所述振动位移评估阈值x时，表示为当前精密机床主轴加工零件过程中处于异常状态，并发出抗振控制指令；
27、若所述振动位移综合评估值xzh＜所述振动位移评估阈值x时，表示为当前精密机床主轴加工零件过程中未处于异常状态，此时不发出额外控制指令，继续执行当前的精密机床主轴加工工作。
28、优选的，所述智能抗振控制模块包括转速调节分析单元和转速控制单元；
29、所述转速调节分析单元用于接收抗振控制指令后，将振动位移综合评估值xzh、振动位移评估阈值x和主轴转速vzs相关联，拟合获取主轴修正转速vxz，并依据获取的主轴修正转速vxz数值对精密机床进行调整，所述主轴修正转速vxz通过以下公式进行获取；
30、
31、式中，表示为精密机床主轴加工零件过程中振动位移的严重程度。
32、优选的，所述控制效果验证模块包括零件多面采集单元，表面评估单元和效果验证单元；
33、所述零件多面采集单元基于主轴调整后的转速，对加工完成后的零件表面进行多面的正投影拍摄，获得多组零件表面高清图像，并利用小波去噪技术去除噪声分量，采用直方图均衡化来调整图像亮度，拉伸图像范围，再将处理后的多组零件表面高清图像分割成若干组方形检测区域，并分别标记为一号区域s1、二号区域s2、三号区域s3、...、n号区域sn，通过图像识别技术，以获取对应区域内坑洞数量lkdi。
34、优选的，所述表面评估单元用于对获取的对应区域内坑洞数量lkdi进行分析，获取粗糙度差异指数zcc，所述粗糙度差异指数zcc通过以下公式获取；
35、
36、式中，zzd表示为合格零件表面的目标粗糙度，n表示为检测区域的数量，i=1、2、3、...、n，lkdi表示为第i号区域内坑洞数量。
37、优选的，所述效果验证单元用于预先设置差异阈值y，将所述粗糙度差异指数zcc与预先设置差异阈值y进行对比分析，以获取相应控制效果等级指令，所述控制效果等级指令具体内容如下：
38、若所述粗糙度差异指数zcc小于或等于所述差异阈值y时，即为zcc≤y时，表示当前对精密机床主轴的控制效果为有效控制，获取一级控制效果等级指令并执行，执行内容为通知操作人员当前主轴控制效果良好，无需进一步调整当前主轴的控制参数，继续保持现有的加工工作，并将当前控制参数记录为系统的优化数据，作为后续类似的主轴智能控制自动调用的参数；
39、若所述粗糙度差异指数zcc大于所述差异阈值y时，即为zcc＞y时，表示当前对精密机床主轴的控制效果为无效控制，获取二级控制效果等级指令并执行，执行内容为向操作人员发出报警提示，当前控制效果不足，影响零件加工精度，此时将重新执行振动位移评估模块及智能抗振控制模块，以再次调整主轴修正转速vxz，直至效果验证单元获取一级控制效果等级指令，同时将控制过程中所有无效控制参数和采集的主轴状态参数发送至机床操作面板进行显示。
40、本发明提供了一种基于数据分析的精密机床主轴智能控制系统，具备以下有益效果：
41、（1）通过主轴监测模块实现了对主轴加工零件过程中工作状态的实时监测，利用多组传感器收集多维数据，构建了全面的特征信息数据集合，不仅能够精确反映主轴的实时工作状态，还通过数据处理技术去除了噪声和异常值，确保了数据的可靠性和准确性，通过无量纲处理和机器学习算法的引入，拟合出振动位移综合评估值xzh，所述振动位移综合评估值xzh的计算结合了主轴工作状态下的多种复杂因素，并通过设定振动位移评估阈值x，判断主轴的振动状态是否超出安全范围，一旦振动位移综合评估值xzh超过预设振动位移评估阈值x，系统将自动发送抗振控制指令，实现了智能化的实时响应和预警机制，能够及时对振动问题做出反应，避免由于振动过大导致的加工误差，智能抗振控制模块接收到抗振控制指令后，通过对振动位移综合评估值xzh、振动位移评估阈值x和主轴转速vzs的分析与关联，拟合得出主轴修正转速vxz进行有效调整主轴转速，以减小振动对加工精度的影响，保证主轴在正常状态下运行，提高加工的精度和稳定性，系统的自动调整功能减少了人工干预的需要，提升了生产效率，降低了人为操作误差的风险，最后，控制效果验证模块在加工完成后，通过对零件表面进行表面粗糙度分析，得出了粗糙度差异指数zcc，并与预设的差异阈值y进行对比，这一验证过程不仅提供了精确的反馈，能够有效评估主轴控制调整的实际效果，还通过设定控制效果等级指令，给出下一步操作的明确指导，控制效果验证模块的引入，保证了加工结果的高质量和一致性，避免了因振动控制失效而导致的加工缺陷，总体而言，该系统通过多层次的数据监测、智能分析、自动调整与效果验证，不仅提高了精密机床主轴的工作效率和加工精度，还为生产过程提供了可靠的质量保障。
42、（2）通过振动位移评估模块的多层次分析机制，能够全面、准确地评估主轴的振动位移情况，热效应分析单元和切削力分析单元分别对主轴温度变化引起的热效应振动位移和切削力变化引起的振动位移进行深入分析，结合主轴转速vzs、温度变化量tbh、切削力变化量nbh、振动加速度azd、振动频率pzd和振动发生时间tzd和振动初始相位角jzd关键参数，实现对振动位移的精准建模，振动位移评估单元通过将热效应振动位移值xrx和切削力振动位移值xqx进行关联分析，获取综合的振动位移评估值xzh，并通过与预设的振动位移评估阈值x进行对比，判定是否需要发出抗振控制指令，这种系统性评估方法通过对主轴振动的智能监控与分析，保证了抗振控制指令的科学性和有效性，提高了精密加工的稳定性和加工精度。
43、（3）通过控制效果验证模块的设计，提供了对主轴控制效果的实时反馈机制，通过预设的控制效果等级指令，不仅能够快速评估当前的主轴控制是否有效，还能在控制效果不足时及时触发报警并重新调整主轴参数，这一设计使得精密机床在加工过程中能够持续保持高精度，避免因控制失效导致的加工误差，同时，将有效的控制参数记录为系统优化数据，使系统具备自我学习和优化的能力，这一验证机制提升了加工的智能化控制水平和产品质量的稳定性。
1.一种基于数据分析的精密机床主轴智能控制系统，其特征在于：包括主轴监测模块、振动位移评估模块、智能抗振控制模块和控制效果验证模块；
2.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的精密机床主轴智能控制系统，其特征在于：所述主轴监测模块包括部署单元和主轴状态信息监测单元和数据处理单元；
3.根据权利要求2所述的一种基于数据分析的精密机床主轴智能控制系统，其特征在于：所述振动位移评估模块包括热效应分析单元、切削力分析单元、振动位移评估单元和判定单元；
4.根据权利要求3所述的一种基于数据分析的精密机床主轴智能控制系统，其特征在于：所述切削力分析单元依据特征信息数据集合，经无量纲处理后，用于分析主轴切削力的变化对切削力振动位移值xqx的影响，所述切削力振动位移值xqx通过以下公式进行获取；
5.根据权利要求4所述的一种基于数据分析的精密机床主轴智能控制系统，其特征在于：所述振动位移评估单元用于将所述热效应振动位移值xrx与切削力振动位移值xqx进行相关联，拟合获取振动位移综合评估值xzh，具体通过以下公式进行获取；
6.根据权利要求5所述的一种基于数据分析的精密机床主轴智能控制系统，其特征在于：所述判定单元预先设置振动位移评估阈值x，并将所述振动位移综合评估值xzh与振动位移评估阈值x进行对比分析，以判定是否发出抗振控制指令，所述抗振控制指令具体内容如下：
7.根据权利要求6所述的一种基于数据分析的精密机床主轴智能控制系统，其特征在于：所述智能抗振控制模块包括转速调节分析单元和转速控制单元；
8.根据权利要求1所述的一种基于数据分析的精密机床主轴智能控制系统，其特征在于：所述控制效果验证模块包括零件多面采集单元，表面评估单元和效果验证单元；
9.根据权利要求8所述的一种基于数据分析的精密机床主轴智能控制系统，其特征在于：所述表面评估单元用于对获取的对应区域内坑洞数量lkdi进行分析，获取粗糙度差异指数zcc，所述粗糙度差异指数zcc通过以下公式获取；
10.根据权利要求9所述的一种基于数据分析的精密机床主轴智能控制系统，其特征在于：所述效果验证单元用于预先设置差异阈值y，将所述粗糙度差异指数zcc与预先设置差异阈值y进行对比分析，以获取相应控制效果等级指令，所述控制效果等级指令具体内容如下：
