基于綜合評價體系的五軸數控加工中心加工性能評價和誤差溯源方法
文章預覽：精工加工中心作為高端制造不可或缺的重要設備，隨著精工產品結構越來越復雜，復雜曲面在零件中的應用越來越多，因此對精工加工中心加工能力的要求也越來越高，其中用戶最為關注的就是精工加工中心的精度。特別是大型關鍵零件，需要提前對加工中心的精度進行檢測、評價，以便調整加工中心參數使加工中心的精度保持在正常范圍內，從而提高零件的加工質量和合格率。精工加工中心的精度包括幾何精度、運動精度及加工精度等幾個方面[1]。幾何精度一般屬于準靜態精度，可用激光干涉伩等檢測其精度，趙小松等則提出了測量精工加工中心幾何誤差的九線法[2]，范晉偉[3]基于雙頻加工中心干涉測量儀，開發了十四線法測量精工加工中心的幾何誤差；運動精度是在空載、運動情況下由檢測儀器測得的精度。HOJAT等[4]利用激光干涉儀和球桿儀對直線和圓弧運動誤差進行測量，研究進給速度與滾珠絲杠的預緊力對圓周運動精度的影響，KERT等％_R-Test測量X、F、Z的圓形偏差，對反向間隙、垂直度以及定位誤差進行了分析，并對分析結果進行了驗證；幾何精度和運動精度兩者在一定程度上反映出加工中心的精度指標，但用戶更為關心的是實際切削下的加工中心加工性能，對于加工精度的檢測，試件切削是重要的評判準則。1965年，美國國家航空航天局(NASA)提出的NAS979試件其主要是針對早期的三軸精工加工中心的性能測試進行設計的，缺少檢測精工加工中心曲面加工中的動態特性的能力和對于多軸精工加工中心的加工性能測試的特性。歐洲的汽車制造廠商為了更進一步測試精工加工中心的精度，在NAS979的基礎上提出了更復雜的Mercedes試件[7]，它將各種典型的輪廓整合在一起，用于考核加工中心對特定型面的加工能力，由于其復雜性，不利于推廣。針對這些不足，中航工業成都飛機工業公司提出了 S形檢驗試件[8'該試件形面中融入了航空薄壁的特征，不僅能夠反映加工中心的靜態精度，而且重點關注了加工中心的動態精度，現已申報成為ISO 10791-7的新草案。但是目前對上述試件都沒有相應完整的測評規范，切削后如何評價、調整加工中心是更為實際的科學問題。針對這一問題，在運用模糊綜合評價方法基礎上，通過仿真分析得到了 S件與加工中心重要控制參數之間的映射關系，確定出以自然語言變量詞集{優，良，中，差，很差}表示的加工中心加工精度等級；同時，根據多級模糊綜合評價結果以及各級指標的隸屬度值，逐層分析，最終確定出******的可能影響因素。對精工加工中心的性能測評和誤差溯源，在一定程度上為其科學評價和維修指導提供了依據。1綜合評價理論體系1.1綜合評價概述綜合評價(Comprehensive evaluation，CE)是指對被評價對象所進行的客觀、公正、合理的全面評價。一般綜合評價問題由4部分組成，即評價指標集、評價等級集、權重系數、集結模型。各個組成部分之間信息相互流動、組合，演繹一個主客觀信息集成的復雜的綜合評價過程。⑴評價指標集。評價指標集即是把總得評價目標分解為各個指標的集合，以便分層逐步評價。在實際的綜合評價問題中，要選取合適的指標進行評價，并非是評價指標越多越好，但也不是越少越好，關鍵在于評價指標在評價中所起作用的大小。(2) 評價等級集。評價等級集表示對評價指標集劃分等級的集合，是評價人員對各層次評價指標所給出的評語集合，對于不同的評價指標，其評語等級所表示的含義不盡相同。利用自然語言{優，良，中，差，很差}來代表評價指標的五個等級，通過隸屬度函數來量化不同的評價等級。(3) 權重系數。采用組合賦權的方法來進行權重的計算，其中主觀權重用序關系分析法^彳是基于層次分析法改進而來，相比于層次分析法，序關系分析法不用構造判斷矩陣，也無需進行一致性檢驗，計算量也較少；客觀權重用熵值法[11]進行確定；最后用乘法合成歸一的方法將主、客觀權重組合起來就可得到最終的權重系數[12]。備注：為保證文章的完整度，本文核心內容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉換瀏覽器嘗試！結束語：(1) 提出了基于s件加工誤差數據的五軸精工加工中心加工性能綜合評價方法，依據多級模糊綜合評價理論，建立了由S試件誤差指標、誤差表現區域及加工中心影響因素組成的綜合評價模型。(2)對精工加工中心各個軸的位置增益、反向間隙等參數進行仿真，通過改變參數不同程度的增大或減小，得到相應的S試件誤差表現曲線，對比、分析誤差的表現情況，總結出精工加工中心參數與S件加工誤差之間的映射關系，進而得到S試件誤差重點表現區域的分布。(3) 通過一系列的仿真及現場實際加工經驗，選取了適合本文的嶺形函數作為隸屬度函數，同時也得到了各層指標的重要性排序關系，為主觀權重的確定提供幫助。再根據實際測量數據計算得到客觀權重，運用組合權重方法，將主、客觀權重結合起來，得到更為合理、科學的權重。(4) 利用S試件輪廓誤差數據，通過綜合評價,得到加工中心的加工精度等級，分析評價結果，可以對不理想的評價結果做出一定的誤差溯源，找到加工中心可能存在的故障，進而通過調節加工中心相應參數，來減小加工中心誤差，以便為后續加工零件，提供一定的質量保障。(5) 模糊綜合評價方法易于程序化，基于相關的算法軟件(Matlab和C)已開發了綜合評價通用計算分析軟件，可以方便、快速、有效的對加工中心的加工性能做出評價，同時也便于推廣應用。