在線最小二乘支持向量機的數控加工中心熱誤差建模與補償
海天精工 加工中心 鉆攻中心前言：海天精工 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，手機瀏覽可能無法正常使用！近年來，國內的工業制造逐漸朝著自動化、數字化的方向發展，精工加工中心逐漸運用于生產的各環節中，并推動著工業制造效率的提高。在實際生產過程中，相關零部件加工精度常因精工加工中心熱誤差而降低。而以在線最小二乘支持向量機為基礎，對精工機床熱誤差建模，可以在_定程度上減輕熱誤差造成的負面影響，從而保證相關零部件的加工精度。1精工加工中心熱誤差出現的原因以及控制措施1.1精工加工中心熱誤差出現的原因精工加工中心在運行過程中出現的熱誤差具有多方面的特點：多變量，長時滯，非線性，耦合性很強。而精工加工中心出現熱誤差是由不同的因素造成的，具體如下。1.1.1加工中心內部和外部熱源共同作用的結果精工加工中心在運行狀態下，內部和外部均會產生熱量，在兩者的共同作用下，就容易引起熱誤差。在產生熱誤差的過程中，外部熱源的影響力比內部熱源的影響力小，內部熱源起關鍵作用。其原因在于精工加工中心的內部熱源，諸如電動機、軸承等發熱元件較多。1.1.2多樣化的加工中心表面熱表現形式由于精工加工中心的構造比較復雜，是由眾多的零部件組成的，而零部件受材料、結構等的影響，其參數存在差異，從而使加工中心在實際工作過程中產生的熱容量以及熱慣性存在較大的差異。這使得精工機床在運行過程中產生的熱誤差變化以及相關溫度場存在復雜的非線性關系，熱誤差情況較為復雜，難以進行有效的控制以及補償[1]。1.1.3加工中心的布局和結構對加工中心熱誤差有較大影響精工加工中心的布局以及結構會對加工中心機身主體的各種性能形成阻礙，產生滯緩作用，形成時滯和耦合，使得熱誤差變得更加復雜。1.2降低精工加工中心熱誤差的措施針對精工加工中心產生熱誤差的原因，比較有效且常用的降低熱誤差的方法有：誤差防止技術和誤差補償技術。1.2.1誤差防止技術誤差防止技術的關鍵在于“防”，即在作業過程中，注重對熱源的管理，通過對加工中心結構的優化，以減小加工中心熱誤差。目前，該技術在實際運用過程中常見的措施大約有5種，一是對熱源和發熱量進行控制；二是在機床運行時，對零部件做冷卻處理；三是對精工加工中心的結構進行優化；四是設置輔助熱源，以此為基礎實現精工加工中心溫度場的均衡；五是控制加工中心的加工環境溫度'1.2.2誤差補償技術誤差補償技術與誤差防止技術存在本質上的區別，誤差補償技術著重于對誤差原因的分析，并建立誤差數學模型，通過模型的分析找到相應的措施來減小誤差，從而推動加工精度的提升。誤差補償技術在實際的運用過程中，無法對精工加工中心進行硬件上的改造。此外，誤差補償技術在實際使用過程中往往需要經歷下述的3個步驟：_是優化溫度測量點，并提高測量的辨識度；二是加強對相關數據的收集，并由此推動精工加工中心誤差計算的數學模型的構建；三是借助數學模型，對精工加工中心的誤差進行有效的控制。2最小二乘支持向量機回歸最小二乘支持向量機主要是以支持向量機為依托，從而實現從不等式約束向等式約束的轉換。在此過程中，需要選取一些樣本數據，這些樣本數據是非線性的，表不為…(xn,yn)。在分析過程中,主要借助LS-SVM進行回歸，相關的函數回歸方程為：以LS-SVM為基礎發展來的OLS-SVM算法，具有更多的優勢，比如能夠提升計算機的運算速度、可以在線建立模型。其計算流程如圖1所示。3精工加工中心熱誤差建模試驗3.1精工加工中心試驗系統概況筆者以型號為XK713精工加工中心為基礎，對熱誤差建立模型，進行試驗。首先需要采集其主軸的熱變形量，在采集過程中需要用到電荷耦合器件（Charge Coupled DeviceLS-SVM 訓練，CCD)和激光位移傳感器(LK-150H)。而對溫度場進行測量，是由測量系統來完成的，其由智能溫度傳感器、顯示器、精簡指令集微處理器等零部件所組成，相關的配置以及內容如圖2所示[3]。 3.2熱誤差模型的建立 在相關建模試驗中，借助交叉驗證的方法對OLS-SVM建模的參數進行確定，其中7=46.2，82=58.5。在OLS-SVM建模過程中，需要用到兩個重要的值，即溫度值和主軸熱變形值，以溫度值為輸入，熱變形值為輸出。這一過程中，計算機采用PentkimIV1.8GHz處理器。熱誤差模型的相關參數，見圖3和圖4[4]。 圖3表示精工加工中心運行到200 min時的熱誤差模型，圖4是精工加工中心運行到300 min時的熱誤差模型。 4結果分析與補償4.1熱誤差建模結果分析 通過上文的介紹可知，借助OLS-SVM方法可以對精工加工中心運行過程中的熱誤差進行相關的模型構建。不僅如此，相關模型具有精度高、誤差小等特點(表1)。 由表1可知，在線建模方法的精確度遠高于固定回歸函數方法。由于OLS-SVM方法在實際的運用過程中能夠在******程度上縮減相關計算的時間，因而有利于在后續的熱誤差補償應用中發揮作用。4.2熱誤差補償的流程 在精工加工中心熱誤差建模的過程中，借助0LS-SVM方法，能夠實現對精工加工中心熱誤差的補償。相 關補償的流程，如圖5所示。 熱誤差補償的流程：（1)借助精工加工中心上的智能 溫度傳感器，對相關的溫度信息進行收集；（2)通過相關的處理器，在利用OLS-SVM方法構建的熱誤差模型上計算出相應的誤差值；（3)加工中心的溫度值可 圖4第300分鐘的熱誤差模型 表1在線建模與固定建模方法比較 建模方向 建模方法 MAPE/% 計算時間/s OLS-SVM 1.43 1.015 軸向 LS-SVM 1.46 3.472 LS 7.28 0.173 OLS-SVM 1.72 1.036 徑向 LS-SVM 1.78 3.491 LS 7.76 0.176 5試驗結論 借助OLS-SVM方法可以建立精工加工中心的熱誤差數學模型，并能保證模型的精確度。OLS-SVM方法能夠連續采集數據，并將這些數據整合到訓練集合中，對熱誤差模型進行更新。以精工加工中心的動態加工特性為基礎，通過OLS-SVM方法建立起的誤差模型，能夠應用于對加工中心的熱誤差補償，減小熱誤差，從而保證加工中心的加工精度。海天精工是一家集銷售、應用及服務于一體的公司。產品包括：CNC加工中心、鉆攻中心、龍門加工中心、雕銑機、石墨機、五軸加工中心、立式加工中心、臥式加工中心等。我們機床的生產工廠設在廣東省寧波市，目前其生產的加工中心70%出口，其中出口到歐洲占到50%。我們盡心、盡力、盡意的服務！聲明：本站文章均來自網絡，所有內容不代表本站觀點，本站不承擔任何法律責任！