数字孪生驱动的数控车床主传动系统故障诊断研究.pdf

２０２４年５月机床与液压Ｍａｙ２０２４

第５２卷第１０期ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳＶｏｌ５２Ｎｏ１０

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ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊｉｓｓｎ１００１３８８１２０２４１００３４

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文献引用：梁迪，李又佳，李依明，等．数字孪生驱动的数控车床主传动系统故障诊断研究［Ｊ］．机床与液压，２０２４，５２（１０）：２１５２２０．

Ｃｉｔｅａｓ：ＬＩＡＮＧＤｉ，ＬＩＹｏｕｊｉａ，ＬＩＹｉｍｉｎｇ，ｅｔａｌ．ＦａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓｓｔｕｄｙｏｆＣＮＣｌａｔｈｅｍａｉｎｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈｄｉｇｉｔａｌｔｗｉｎｄｒｉｖｅ［Ｊ］．Ｍａ⁃

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ｃｈｉｎｅＴｏｏｌ＆Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓ，２０２４，５２（１０）：２１５２２０．

数字孪生驱动的数控车床主传动系统故障诊断研究

梁迪，李又佳，李依明，吴金颖

（沈阳大学机械工程学院，辽宁沈阳１１００４４）

摘要：数控车床主传动系统是机床的核心部件，其一旦发生故障会造成加工质量甚至作业安全问题。数字孪生技术能

降低故障诊断的难度，但目前研究仍存在物理实体到虚拟实体转换效率低和神经网络过拟合问题。为了解决上述问题，提

出一种基于数字孪生和正则化ＢＰ神经网络的故障诊断方法。建立数控车床主传动系统数字孪生模型，通过ＯＰＣＵＡ通信

完成了物理实体和虚拟实体间孪生数据的交换，对比分析正则化改善过拟合问题的４种方法，构建了丢弃法正则化ＢＰ神

经网络故障诊断模型。通过对比不同信噪比下ＢＰ神经网络、丢弃法正则化ＢＰ神经网络和卷积神经网络的损失函数和预测

准确度，验证了诊断模型的可行性和算法的适用性。

关键词：数字孪生；正则化ＢＰ神经网络；故障诊断；数控车床

中图分类号：ＴＰ３９１９

ＦａｕｌｔＤｉａｇｎｏｓｉｓＳｔｕｄｙｏｆＣＮＣＬａｔｈｅＭａｉｎＤｒｉｖｅＳｙｓｔｅｍｗｉｔｈＤｉｇｉｔａｌＴｗｉｎＤｒｉｖｅ

ＬＩＡＮＧＤｉ，ＬＩＹｏｕｊｉａ，ＬＩＹｉｍｉｎｇ，ＷＵＪｉｎｙｉｎｇ

（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈｅｎｙａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，ＳｈｅｎｙａｎｇＬｉａｏｎｉｎｇ１１００４４，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｍａｉｎｄｒｉｖｅｓｙｓｔｅｍｏｆＣＮＣｌａｔｈｅｉｓｔｈｅｃｏｒｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆｔｈｅｍａｃｈｉｎｅｔｏｏｌ，ａｎｄｉｔｓｆａｉｌｕｒｅｃａｎｃａｕｓｅｍａｃｈｉｎｉｎｇｑｕａｌ⁃

ｉｔｙａｎｄｅｖｅｎｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌｓａｆｅｔｙｐｒｏｂｌｅｍｓ．Ｄｉｇｉｔａｌｔｗｉｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｏｆｆａｕｌｔｄｉａｇｎｏｓｉｓ，ｂｕｔｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｓｔｉｌｌ

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