國(guó)內(nèi)CNC加工中心熱誤差建模研究
海天精工 加工中心 鉆攻中心前言：精密加工技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械制造屮越來越_t要，精密加工技術(shù)的關(guān)鍵是降低加工中心加工過程中產(chǎn)生的熱誤差,。熱誤差是加工中心加工誤差的重要來源,，指的是加工中心3：作中各部件產(chǎn)生熱變形，造成加工中心各零件之間相對(duì)位移,，導(dǎo)致加工誤差,。相比其他導(dǎo)致加工誤差的因素,，熱誤差對(duì)工件加工精度的影響非常顯著，基本上達(dá)到總誤差的A W,、Df•且越精密的加工中心其影響越大,。熱誤差補(bǔ)償是在加工中心各部位放置溫度傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控和收集溫度變化的數(shù)據(jù),，再通過特定的數(shù)學(xué)模型分析和預(yù)報(bào)誤差,，并將其信息反饋到CNC加工中心控制器，對(duì)該誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)補(bǔ)償,。這里面有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn):①能否選擇全面準(zhǔn)確地顯示加工中心周身溫度變化的傳感器的安放部位,；②能否建立準(zhǔn)確有效的數(shù)學(xué)模型。后者的重要性尤為明顯,。1熱誤差數(shù)學(xué)模型的種類近年來人們構(gòu)建的熱誤差數(shù)學(xué)模型主要有最小二乘法(LS)擬合建模,、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN)模型、灰色系統(tǒng)理論/新陳代謝(GM)建模,、回歸模型（如多元線性回歸MRA模型,、平滑自回歸ARMA模型、投影尋蹤回歸模型PSOPPR等)及基于時(shí)間序列分析的估計(jì)方法和綜合多種數(shù)學(xué)理論的綜合模型[3_4]等,。本文將紹這些熱iV:差建模在W內(nèi)的研究現(xiàn)狀,.,，2熱誤差補(bǔ)償?shù)闹T種模型2. 1基于最小二乘法（LS)的擬合建模基于最小二乘法(LS )的擬合建模是較早的補(bǔ)償加工中心熱誤 的一種方式,，111十其原理尚單• K此在實(shí)際操作中較容易實(shí)現(xiàn),，但是相比其他各種熱誤差數(shù)學(xué)模型，該模型的精度不理想,，因而就產(chǎn)生了一些對(duì)該模型改進(jìn)的建模方法,。林偉青等人采用了在線最小二乘支持向量機(jī)（OL&SVM)的熱誤差回歸建模方法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明OL&SVM的建模方法不僅精度高,，而且建模時(shí)M ):!卜系統(tǒng)的魯棒n也較好[___1,。Vnpnik在統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)JVilm險(xiǎn)最小化擬理上發(fā)現(xiàn)了乞持X m機(jī)（Su|「p()r1 v(‘r1()r machine. SVM)方法卜]。在此墻礎(chǔ)上,，Suykens等人提出LS~SVM方法,，該方法在非線性函數(shù)估計(jì)、模式識(shí)別中效果顯著％'L&SVM建模法需要的數(shù)據(jù)量比較少,，能保持較A的精度：林偉青等人嘗試用LS及LS_ SVM兩種方法對(duì)同一CNC加工中心進(jìn)行試驗(yàn),，通過測(cè)量裝夾在主軸上的工件來間接獲得主軸g向與軸向變形量以測(cè)定熱變形誤差。實(shí)驗(yàn)表明L&SVM建模方法的計(jì)算精度遠(yuǎn)A于ft統(tǒng)的LS迚模[1]],。他們?cè)诖嘶A(chǔ)上義提出了動(dòng)態(tài)自適應(yīng)加權(quán)最小二乘支持矢量機(jī)（WLS-SVM)的方法,，并對(duì)一臺(tái)XK713CNC加工中心進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示:WL孓SVM的精度最高[9],。2.2基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN)模型建模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論是一種非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng),，它通過工程技術(shù)手段模擬部分人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與功能[1°],。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論主要有兩類：前向網(wǎng)絡(luò)和遞歸網(wǎng)絡(luò)。較常用的模型是反向傳播(BP )網(wǎng)絡(luò)和徑向基(RBF)網(wǎng)絡(luò),。劉國(guó)良等人對(duì)BP及RBF網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研宄,，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在加工中心熱誤差補(bǔ)償方面，BP網(wǎng)絡(luò)由于其偏差帶最窄,、分散程度最小,、偏離中心值的趨勢(shì)最緩,，因此最具優(yōu)勢(shì),；RBF網(wǎng)絡(luò)建模快,，效果略遜于BP網(wǎng)絡(luò),；最小二乘法建模簡(jiǎn)單，但補(bǔ)償效果相對(duì)較差[11],。后來張宏韜等人將模糊邏輯理論與一般的祌經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型相結(jié)合,，提出了建立模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，研究表明建模數(shù)據(jù)應(yīng)盡量覆蓋熱誤差的分布曲面,，使訓(xùn)練過程充分利用模糊規(guī)則調(diào)整網(wǎng)絡(luò)參數(shù),，從而使網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)參數(shù)得到優(yōu)化，獲得更有效的補(bǔ)償效果[12],。閆嘉鈺等人在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上提出了最優(yōu)線性組合建模的方法,，并在一臺(tái)CNC加工中心上進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果顯示,，該模型比最優(yōu)組成模型以及簡(jiǎn)單平均組合模型獲得的熱誤差預(yù)測(cè)精度提高了 30%和22. 6%[13],。另外，在人體免疫系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上,，閆嘉鈺等人還嘗試提出了免疫RBF網(wǎng)絡(luò)(AIRBF)及其在線訓(xùn)練算法,，能更有效地跟蹤訓(xùn)練數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)精度,，能更好地跟蹤突變數(shù)據(jù)點(diǎn)[14],。總之,，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模的方法在加工中心熱誤差補(bǔ)償方面精度較好,，這方面優(yōu)點(diǎn)突出，但其模型本身較為復(fù)雜,，計(jì)算量較大,，因而影響反饋控制時(shí)間。2.3基于灰色系統(tǒng)理論建?；疑珨?shù)學(xué)理論在對(duì)信息不確定系統(tǒng)的建模,、分析方面有獨(dú)特的功能,，具有能研究小樣本、貧信息,、不確定性問題的優(yōu)點(diǎn),，理論上更適用于熱誤差建模[15_17]。傳統(tǒng)的灰色a論系統(tǒng)模咽如GiM n,，1 >模型能比較成功地實(shí)現(xiàn)加工中心的熱誤差補(bǔ)償,，但該模型在通過機(jī)床某一熱誤差元素（如車削加工工向熱誤差）自身時(shí)序數(shù)據(jù)建立模型時(shí)，未能考慮相關(guān)熱源溫度變化的影響,。因而閆嘉鈺,、楊建國(guó)等人對(duì)傳統(tǒng)的灰色系統(tǒng)GM(1,1)模型進(jìn)行了改進(jìn)，在切削加工試驗(yàn)中對(duì)GM(1,，4)以及GM(0,4)兩個(gè)模型進(jìn)行了驗(yàn)證,，結(jié)果表明：GM(1,4)以及GM(0，4)模型擬合的精度可提升40%以上,；另外GM(X,，N)模型建立簡(jiǎn)單、計(jì)算量小,、便于工程應(yīng)用[1S],。之后，閆嘉鈺等人又在加工中心試驗(yàn)中應(yīng)用改進(jìn)型的GM (2,，1)模型,，使建模精度提升了5 5. 7 %，實(shí)際應(yīng)用中更為便利[19],。而宋建軍等人提出了GM(1,1,«)模型,，試驗(yàn)結(jié)果顯示大幅提升了加工中心熱誤差的預(yù)測(cè)精度[?。海天精工 備注：為保證文章的完整度,，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示,，如未有顯示請(qǐng)刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試，手機(jī)瀏覽可能無法正常使用,！結(jié)束語：加工中心在加工過程中產(chǎn)生的溫度變化對(duì)車床加工誤_影響顯著,，并且隨著加工過程不斷變化，建立數(shù)學(xué)模型對(duì)其進(jìn)行熱誤差補(bǔ)償,，實(shí)現(xiàn)較為便利,，效果明顯，因此近年發(fā)展很快,。在熱誤差補(bǔ)償建模時(shí)有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：I如何能直接有效地反映加工中心各部位溫度的準(zhǔn)確變化：②采用哪一種數(shù)學(xué)模型能更全面地分析溫度變化對(duì)CNC加工中心造成的誤差,，從而提高其精度。但問題是，同時(shí)解決這兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)對(duì)模型的設(shè)計(jì)要求往往是矛盾的,。因?yàn)?，有的?shù)學(xué)模型精度雖髙，但計(jì)算量大,，耗時(shí)加長(zhǎng),，參數(shù)較多；而有的模型參數(shù)少,，計(jì)算量小,，實(shí)現(xiàn)方便，但精度稍差,。所以如何既做到模型簡(jiǎn)易,，盡量減少無關(guān)緊要或次要的參數(shù)，提高運(yùn)算速度,，又同時(shí)滿足加工中心加工的較高精度要求,，就需要在兩者之間尋求一種優(yōu)化與平衡,，使其在綜合效果上達(dá)到******,，這將成為今后加工中心熱誤差補(bǔ)償模型的發(fā)展方向。海天精工是一家集銷售,、應(yīng)用及服務(wù)于一體的公司,。產(chǎn)品包括：CNC加工中心、鉆攻中心,、龍門加工中心,、雕銑機(jī)、石墨機(jī),、五軸加工中心,、立式加工中心、臥式加工中心等,。我們機(jī)床的生產(chǎn)工廠設(shè)在廣東省寧波市,，目前其生產(chǎn)的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%,。我們盡心,、盡力、盡意的服務(wù),！聲明：本站文章均來自網(wǎng)絡(luò),，所有內(nèi)容不代表本站觀點(diǎn)，本站不承擔(dān)任何法律責(zé)任,！