一种高速数控机床电主轴表面温度智能预测方法

电主轴是高速数控机床核心功能部件,电主轴损坏基本是电主轴发热引起的.电主轴温度场具有复杂的非线性特征,神经网络在处理非线性系统温度预测方面得到了广泛的研究,神经网络与传统模型相比具有更好的适时预报性和持久性.论文利用遗传算法优化BP神经网络建立电主轴表面温度预测模型.预测结果表明,未优化的BP神经网络与遗传神经网络预测误差相对比,遗传神经网络对电主轴表面温度预测具有更高的预测精度和稳定性.     

高速高精度电主轴温升预测模型

提出高速高精度电主轴温升预测模型,将有限元模型与试验数据相结合,精确预测不同工况下电主轴的温度场。建立电主轴流场、温度场有限元模型,分析冷却系统及润滑系统参数对电主轴温度场的影响;考虑电主轴运行速度、载荷,设计电主轴损耗测试方法,将测得的电主轴总损耗作为计算电动机、轴承生热依据;考虑冷却系统、润滑系统参数及环境条件对换热系数的影响,采用最小二乘算法,基于电主轴表面温度测试数据,优化电主轴换热系数,并将优化后的换热系数作为有限元模型的边界条件。建立170SD30-SY电主轴温升预测模型,将换热系数优化前后的温度场仿真数据分别与试验数据对比。结果表明,换热系数优化后的温升预测模型预测的精度提高了4.78%,提出的电主轴温升预测模型有较高的预测精度。     

变压预紧电主轴热位移预测模型研究

为解决高速电主轴在变速过程中产生的热位移引起加工质量的问题,通过搭建变压预紧电主轴实验平台,提出一种不 同预紧力下电主轴自然降速实验方法,基于能量守恒理论建立轴承摩擦生热模型,构建预紧力与轴承发热量的函数关系;在此 基础上,进一步探究轴承温升导致主轴产生热位移的影响规律。 分别以预紧力为 1 450、1 550 和 1 700 N 工况下,电主轴的轴承 温度数据和时间作为输入,构建电主轴 BP 神经网络热位移预测模型。 结果表明,构建的热位移预测模型能有效地预测电主轴 的热位移,预测模型的残差在 0. 5 μm 以内,研究成果为高精密机床主轴热误差智能补偿提供一种新思路。     

基于ANFIS的高速电主轴热误差建模研究

为了减少热误差对电主轴加工精度的影响,需要建立电主轴的热误差补偿系统,而补偿系统的性能主要取决于热误差预测模型的准确性和模型输入的温度质量。为保证输入模型的温度质量,采用模糊C-均值聚类和灰色关联分析相结合的综合算法优化温度测点,将温度测点的数量由10降至3个,以某台电主轴为试验对象,以电主轴转速为7 000 r/min的温度变量为输入,热误差变量为输出,采用自适应神经模糊推理系统建立了电主轴的热误差预测模型,并以转速为5 000和9 000 r/min的实验数据作为验证,结果表明,建立的ANFIS热误差预测模型可以有效地预测电主轴的热误差,预测模型的残差小于1μm。最后,与误差反向传播神经网络进行对比,结果表明该预测模型具有更高的精度和抗干扰能力。     

基于混合粒子群算法优化BP神经网络的机床热误差建模

为了降低机床热误差对主轴加工精度的影响,采用了混合粒子群算法优化BP神经网络结构,并对优化结果进行实验验证.引用了粒子群算法耦合遗传算法,给出BP神经网络结构简图,通过混合粒子群算法优化BP神经网络结构.构造机床热误差优化目标函数,采用混合粒子群算法优化目标函数,给出了混合粒子群算法优化BP神经网络流程图.建立BP神经网络热误差预测模型和BP神经网络热误差优化模型,采用三轴立式铣床对两种预测结果进行实验验证.实验结果表明:采用BP神经网络热误差预测模型,机床y轴、z轴预测结果与实验结果偏差最大值分别为6.9μm和6.7μm;采用BP神经网络热误差优化模型,机床y轴、z轴预测结果与实验结果偏差最大值分别为3.3μm和3.5μm.采用混合粒子群算法优化BP神经网络结构,能够提高机床热误差预测精度.     

高速电主轴热特性建模与冷却系统参数优化方法研究

电主轴热变形是影响加工精度的主要因素之一，而热变形主要由电主轴温升引起，其中冷却系统是影响电主轴温升的关键因素。为了优化冷却系统关键技术参数，以某型号高速电主轴为例，建立了考虑主轴不同旋转面换热系数的热特性模型，提高了温度场和热误差的仿真精度，并进行了主轴不同转速的温升与热误差实验，验证了仿真模型的正确性；基于所建立的电主轴热特性仿真模型，利用正交试验法进行了冷却系统参数优化，冷却参数优化后的仿真实验结果表明，电主轴最高温度降低了2.0℃，热变形减小了25.76μm，为电主轴冷却系统优化提供了理论参考。     

数控机床热误差灰色神经网络补偿应用研究

针对数控机床热误差建模补偿的问题,提出了灰色神经网络建模补偿的新方法。首先利用机床的温度值建立了机床热误差的灰色系统预测模型,再由灰色模型预测值得到的残差建立神经网络预测模型。结合灰色系统和神经网络的优点,建立了一种新的灰色系统和BP神经网络组合热误差预测模型。最后以实测数据建模说明了灰色神经网络模型预测效果明显优于各单项模型,方法优异的预测性能对于具有复杂成分的动态数据序列的机床热误差建模也适用。     

基于改进松鼠搜索算法优化神经网络的数控机床进给系统热误差预测

为探究数控机床进给系统中各因素对热误差的影响规律,建立精准的热误差预测模型。 在进给速度为 10 m/ min、环境 温度 20℃的条件下进行进给系统热误差测量实验,获得进给系统关键点的温升及热误差。 为提高预测精度,采用 Tent 混沌改 进松鼠搜索算法,并利用改进的算法对神经网络进行优化,建立热误差预测模型。 利用热误差测量实验获得的数据进行验证, 结果表明改进前的神经网络预测误差为 12. 23% ,改进后的模型预测误差为 8. 92% ,精度有较大提升。 利用预测模型针对不同 进给速度下相同位置处热误差进行分析,结果表明,进给系统中关键测温点的温度和丝杠各点的热误差随着进给速度的增加而 增加。 因此提出的预测模型可实现进给系统热误差的准确预测,为误差补偿提供理论依据。     

基于遗传算法优化灰色神经网络的机床主轴热误差建模研究

针对机床主轴热性能对加工精度产生影响的问题,对机床主轴热误差建模方向进行了试验研究。以数控磨床主轴为研究对象,通过热特性试验获得了阶梯转速下的温度变化数据和热误差数据,对温度数据进行了模糊聚类分组,并采用相关系数法选出了温度敏感测点;通过对灰色神经网络初始参数进行优化,建立了遗传算法(GA)优化的灰色神经网络热误差预测模型;在该模型中,以灰色神经网络的预测输出和实际值的绝对误差作为遗传算法适应度函数,以平均相对误差作为预测模型的评价标准,并与灰色神经网络、BP神经网络预测结果进行了对比。研究结果表明:该预测模型具有更高的预测精度,通过GA对灰色神经网络的初始参数进行优化,可有效地提高网络的预测精度,更好地用于热误差补偿系统。     

采用量子粒子群算法耦合差分进化算法优化BP神经网络的铣床热误差预测研究

针对铣床主轴运行产生的热误差问题,采用改进BP神经网络预测模型,并对预测结果进行验证。融合量子粒子群算法和差分进化算法的各自优点,给出混合算法寻优操作流程。分析BP神经网络结构,给出改进BP神经网络优化流程图,构造铣床热误差适应度函数,采用混合算法优化BP神经网络预测模型。通过具体实例对铣床热误差进行实验验证,预测结果显示:BP神经网络预测偏差值较大,在Y轴、Z轴方向预测产生的偏差最大值分别为7.3μm和7.5μm,改进BP神经网络预测偏差值较小,在Y轴、Z轴方向预测产生的偏差最大值分别为2.8μm和2.9μm。同时,改进BP神经网络预测铣床热误差与实际偏差值波动较小。采用改进BP神经网络预测铣床热误差精度较高,可以提高主轴加工工件的精度。     

基于神经模糊控制理论的数控机床热误差建模

将基于神经模糊控制理论的建模方法--模糊神经网络建模法应用到数控机床热误差建模当中,讨论了热误差模糊神经网络的结构及建模原理;对大型数控龙门导轨磨床主轴箱系统进行建模试验,采用非接触式红外温度测量仪和千分表分别测量主轴箱系统温度值与主轴热误差,得到两组独立的试验数据,一组用来建立主轴箱系统热误差模糊神经网络预报模型,另一组用来对模型进行验证。试验结果表明,模糊神经网络模型预测精度高,泛化能力强;将模糊神经网络建模方法与径向基函数神经网络建模方法进行综合对比,分析结果表明,模糊神经网络建模方法具有更好的建模效率、建模鲁棒性及预测性能。     

基于贝叶斯神经网络的机床热误差建模

热误差严重影响着机床的加工精度,对机床关键部件进行热特性分析是开发精密机床的重要环节.通过测量包括数控机床的特殊位置温度和定位误差在内的热特性,研究了温升与定位误差之间的关系,提出了一种基于贝叶斯神经网络的热误差建模方法.通过K-means聚类和相关系数法来选择温度敏感点,可以有效地抑制温度测量点之间的多重共线性问题....     

采用改进灰色神经网络的铣床热误差补偿研究

数控铣床在铣削零件过程中,主轴会受到温度变化影响而发生热变形,导致铣削零件误差较大,从而降低产品精度。对此,采用一阶线性微分方程推导GM(1,1)模型,创建灰色预测模型。将神经网络模型与灰色预测模型进行组合,建立灰色神经网络预测模型。引用粒子群算法,在粒子群算法中增加变异操作和修改惯性权重系数,给出改进粒子群算法优化灰色神经网络预测模型的具体操作步骤。采用实验测试铣床铣削过程中所产生的热误差,并与预测模型进行比较。结果显示:在铣床主轴X、Y、Z轴三个方向上,灰色神经网络预测模型对铣床主轴补偿后,得到的残差较大;而改进灰色神经网络预测模型对铣床主轴补偿后,得到的残差相对较小。采用改进粒子群算法优化灰色神经网络预测模型,能够提高铣床主轴铣削精度。     

基于神经网络与PSO算法的发动机装配工艺参数优化

针对汽车发动机装配过程中缸体泄漏问题,结合Back Propagation(BP)神经网络及粒子群优化(Particle Swarm Op-timization,PSO)算法,提出了一种发动机装配工艺参数优化方法.首先,使用BP神经网络建立了生产工艺参数与质量指标之间的非线性映射关系,并以此作为泄漏率预测模型.其次,根...     

基于粒子群优化神经网络的水下链式机器人直航阻力预报

多单体水下机器人串联组成的水下链式机器人具有航行效率高、稳定性能好、搭载能力强等优势,对其直航阻力的精确预报可实现更有效的运动控制和更合理的动力编组。针对由于水下链式机器人各单体间耦合关系复杂及使用计算流体力学分析阻力耗时较长导致无法快速准确进行阻力预报问题,开展了水下链式机器人直航阻力预报研究。利用计算流体力学分析获得大量输入量（单体数量、航速和单体间间距）与输出量（直航阻力）样本数据,使用BP神经网络建立输入量与输出量模型关系,并通过粒子群算法优化神经网络的初始权值和偏差以改善BP神经网络易陷入局部极值点和过拟合等问题。由大量测试样本的预报结果可知：基于粒子群优化的BP神经网络算法比传统BP神经网络算法预报结果更准确,在给定不同速度和间距测试中均方误差分别降低了2.04×10^-5和7.40×10^-6;在5单体水下链式机器人以0.25 m/s²的加速度做匀加速运动过程中,基于粒子群优化的BP神经网络模型预报结果的平均相对误差为0.42%,精度较高。试验结果说明所提方法是可行且有效的。     

Thermal error modeling by integrating GA and BP algorithms for the high-speed spindle

Thermal error is one of primary reasons affecting the cutting accuracy of a machine tool. Especially, high-speed spindle’s thermal error restricts the improvement of high-precision machine tool accuracy. In this paper, the traditional back propagation (BP) neural network modeling principle is firstly analyzed. Then, considering the BP network, which is simple and adaptive but converges slowly and is easy to reach local minima, a genetic algorithm (GA) is introduced to optimize BP network’s initial weights and thresholds. Lastly, the network is trained using combined GA and BP technologies with practical thermal error sample data. In experiments of thermal error prediction of the high-speed spindle in a machine tool, the average compensation rate is increased from 89.03 % of BP model to 93.155 % of GABP model. Therefore, GABP model shows its effectiveness in quickly solving the global minimum searching problem.     

基于遗传算法优化小波神经网络数控机床热误差建模

数控机床的热误差已经成为影响其加工精度的一个关键因素,为最大限度提高数控机床热误差补偿的精度和效率,结合遗传算法自适应全局优化搜索能力和小波神经网络良好的时频局部特性的优点,提出一种基于遗传算法优化小波神经网络的机床热误差补偿模型。以某型号五轴摆动卧式加工中心为试验对象,以机床温度变量和热误差为数据输入样本,建立小波神经网络模型热误差预测模型,然后用遗传算法优化小波神经网络权值、阈值,最终建立热误差预测模型。通过与传统人工神经网络和普通小波神经网络进行对比分析及试验论证表明,该补偿模型具有精度高、抗扰动能力和鲁棒性强等优点,有望在实际加工场合的数控机床的热误差预测和补偿研究中得到更大的推广应用。     

Internal leakage rate prediction and failure diagnosis of buried pipeline ball valve based on valve cavity pressure detection

— Ball valve is a key fluid control equipment used extensively in oil and gas pipelines. The online detection and failure diagnosis of the internal leakage of the ball valve is of great significance to ensure the safety operation of natural gas transmission pipelines. This paper proposes a prediction method of the internal leakage rate and a diagnosis method of the failure mode of the buried pipeline ball valve based on valve cavity pressure detection. Firstly, the valve cavity pressure signal generated by the internal leakage of the ball valve is detected by the pressure sensor, and the valve cavity pressure signal is denoised by wavelet threshold denoising. Then, the back propagation (BP) neural network has the disadvantage of unstable learning ability, so the BP neural network is optimized by chaos sparrow search optimization algorithm (CSSOA-BP). Finally, the prediction model of the ball valve internal leakage rate and the diagnosis model of the ball valve failure mode are established by using CSSOA-BP neural network and the characteristic parameters of the valve cavity pressure signal. To verify the performance of the prediction model and the diagnosis model of CSSOA-BP neural network, the predictive results and diagnostic results are compared with those of the sparrow search algorithm optimization BP (SSA-BP) neural network and BP neural network. The experimental results show that the maximum prediction error of CSSOA-BP neural network is the smallest, which is 13.6%. The accuracy of the diagnostic results of CSSOA-BP neural network is the highest, which is 83.3%. It indicates that the proposed method can achieve better predictive results of the ball valve internal leakage rate and more accurate diagnostic results of the ball valve failure mode.     

[成形过程的数据挖掘与深度学习方法]基于机器学习的管材弯曲回弹有效预测与补偿

采用基于优化的误差反向传播(BP)神经网络的机器学习算法建模，提出了考虑材料参数、几何参数等多因素的弯管回弹精确预测和高效控制方法。该方法通过引入非线性惯性权重及遗传算法的杂交算子，改进了粒子群优化(PSO)算法，进而通过改进的PSO算法对BP神经网络进行优化，构建了基于改进的PSO-BP神经网络机器学习回弹预测和补偿模型。以多种规格的铝合金数控弯管构件为对象，将实际生产中不同规格、批次、成形参数下回弹数据作为训练样本，实现了所建机器学习预测模型的应用验证。所建模型获得的预测结果平均相对误差为6.3%，与未优化的BP神经网络等传统模型相比，预测精度最大提高了18.5%，计算时间可从1.5 h缩短至300 s，同时实现了回弹预测与补偿精度以及计算效率的显著提高。