数控机床精度快速建模技术研究.pdf

文章编号! " # # $ % " & ’( ) ’# # " * # + % # , # - % # & 数控机床精度快速建模技术研究朱建忠副教授朱建忠田江红李圣怡摘要! 针对误差补偿技术中精度模型与误差测量的难题. 提出了基于神经网络的机床精度快速建模方法. 对模型结构及训练样本采集方法进行了深入的探讨. 结合/ 0 1 2 3 % & # 加工中心进行实验研究. 并与传统建模方法进行了对比 4 最后. 对模型的置信度进行了检验 4 关键词! 机床精度 5 误差补偿 5 快速建模 5 神经网络中图分类号! 6 2 7 # ’文献标识码! 3 误差补偿已成为提高机床精度和改善机床性能的重要途径之一 8 " 9 4 机床误差补偿研究包括精度建模和误差测量两个方面 4 以往机床精度建模都是基于机床运动学和误差传递规律. 即机床部件误差与刀具定位误差之间的数学关系. 模型参数是机床部件误差. 因而对机床部件误差的测量成为误差补偿的一个重要环节 4 若将机床部件看成刚体. 那么一台三轴机床就会存在’" 项几何误差. 对’" 项误差进行测量需要几周甚至更长时间. 往往还需要双频激光干涉仪等昂贵测量设备及一定的测试技能 4 机床在使用过程存在的微小撞击: 磨损及加工环境的改变会大大缩短测量数据的有效期. 直接影响到加工误差的预报精度 4 鉴于这两个原因. 这种通过测量机床部件误差由精度模型预报加工误差的模式. 并没有得到实用. 限制了误差补偿技术的推广使用 4 本文利用神经网络强大的内插值功能. 提出了一种新的机床精度快速建模方法 4 通过设计的塔轮组检具为神经网络提供最佳训练样本. 克服收稿日期! " - - - ; # $ ; ’+ 基金项目! 国家自然科学基金资助项目) 7 - $ , 7 # < $ * 了传统机床精度建模方法的弊病. 具有较大的实用推广价值 4 " 数控机床精度建模方法机械零件加工过程可以看成是刀具与零件之间相对运动的复制过程 4 对于数控机床. 加工是自动完成的. 该复制过程包含了从数控代码到零件成品的一系列几何及物理变化 4 加工误差是由于上述变化不可控性引起的理论与实际的偏差 4 数控机床精度建模的任务是通过对众多不可控因素测量. 建立数学模型. 并将它们转化为可控量 4 = > = 基于变分法的机床精度模型传统的机床精度建模方法都基于运动学和坐标变换原理. 变分法从泛函求变分的原理推导出精度模型 4 根据坐标变换可将机床从零件到刀具的运动传递) 成形函数* 表达为 8 ’. & 9 ? @ A A D @ A G ) " * 式中! ? 为刀具切削刃上的点在零件坐标系中的坐标 5 A 为四阶坐标转移矩阵 5 G @ ) # # # B * 5 B 为机床运动部件数 5 F 与刀具形式有关 4 通过成形函数能够计算最小实体原则下的零 H - # , H 数控机床精度快速建模技术研究; ; 朱建忠田江红李圣怡件理论表面! 当由于某种因素使得成形函数发生变化时" 就会改变刀具与零件原有的相对运动" 这时产生加工误差! 对式# $ % 两边取全变分" 得& ’) * / 0 / / 1 ) * * 0 5 / 6 / 1 # 3 % 式中" & ’为机床加工空间定位误差 7 0 / 为变分矩阵 7 0 5 为机床部件原始误差 7 6