基于模糊C均值聚类算法的温度测点优化与建模研究

在数控机床热误差补偿技术中,温度测点的选择与优化是一个难点。通过热成像仪获得了某立式铣床的温度场,根据温度场的分布情况,在机床上布置多个温度传感器。根据测量的温度和热变形数据,采用FCM模糊聚类和相关分析对温度测点进行了分组优化,然后利用多元回归分析建立了关键测温点的热误差模型,并通过实验进行了验证。结果表明:该方法能有效减少测温点,测温点由13个减少到5个,所建立模型预测精度较好,Y,Z方向热误差由50μm减少到9μm以内。     

机床热误差建模的温测点优化分析与应用研究

针对影响机床实现精确热误差补偿的温测点优化问题,提出了结合模糊聚类理论和灰色关联理论的测点优化分析方法。针对测点样本的模糊性,应用模糊聚类分析可以实现测点的有序分类;针对测点样本的灰色性,应用灰色关联分析可以实现测点的最优选择。将上述理论应用于实验室自主研制的非球面的研磨抛光机(AGPM),经温测点实时测量与优化分析,最终实现了测点的优化选择,并为后续AGPM热误差补偿的实现奠定了坚实的理论基础。     

基于改进模糊聚类和最大信息系数的数控机床温度测点选取北大核心

在加工过程中,机床会因热变形而产生误差,这将严重影响加工精度。减少加工过程的热误差是提高加工精度的有效途径,而确定关键温度测点不仅能提高计算效率,还可避免温度数据间复共线性问题,提高热误差模型的预测精度。提出基于改进模糊聚类和最大信息系数(MIC)的温度测点选择方法,通过改进模糊聚类对温度测点进行分类;根据MIC方法选择每类温度数据中的关键温度测点;使用BP神经网络对热误差进行建模。结果表明:与传统温度测点选择方法相比,利用所提方法改进的热误差模型精度更高。     

机床主轴的模糊优化设计

机床主轴在传动过程中，具有速度波动，为减少速度波动引起的动载荷影响，设计时要在传递转矩一定的情况下，使质量最小，本文讨论了主轴设计过程中的模糊因素，建立了以截面积最小的模糊优化设计模型，运用模糊理论和方法获得最优解。     

机床夹具公差的灰色综合设计理论与方法

根据灰色聚类综合评价的原理和方法，对影响夹具公差选择的多种因素进行了数据处理，建立了夹具公差选择的灰色聚类综合评价模型，为定量确定夹具的公差提供了有效的方法。     

基于粗集方法的机床热补偿误差的温度测点优化

机床热误差是影响机床加工精度稳定性的最大误差源,因此减小热误差对提高机床的加工精度至关重要。采用粗集理论对机床热变形建模及补偿技术中温度测点的选择进行优化,以HMC800A立式三轴加工中心温度测点的选择为例进行研究,结果表明该方法能有效地减少温度测点数量,既可以保证模型的精度,又可节省工作量。     

灰色系统建模理论在机床主轴疲劳寿命设计中的应用研究

运用灰色系统的理论及方法，将疲劳应力与寿命的相互制约关系看成一个灰色系统，将疲劳试验的应力水平均匀分成数级，并找出与之对应的安全寿命的白化值。通过对安全寿命值数列的一次累加，生成一个光滑离散函数。据此建立灰色系统模型，并求解灰色系统的微分方程 。通过残差模型的修正，提高模型精度，再运用灰色系统模型的还原模型，可计算出任一应力水平下的安全寿命值。为机床主轴的安全寿命计算提供了新的途径，具有较大的推广应用价值。     

考虑模糊失效准则的机床主轴刚度可靠性分析

将许用挠度看作模糊变量,将载荷、材料参数、几何尺寸等不确定因素视为随机变量,提出了考虑模糊失效准则的机床主轴刚度靠性分析模型。给出了机床主轴模糊失效的几何意义,推导了其隶属度函数。利用Gauss-Hermite积分,建立了机床主轴模糊可靠性的数值计算方法。数值算例表明,该方法不仅有效地减少了计算量,精度高,而且与实际情况更接近,计算结果更为保守。     

基于灰色聚类方法的加工中心进给系统可靠性评价

应用MTALAB软件对加工中心进给系统的故障数据进行分析,得到平均首次故障时间(MTTFF)和平均故障间隔时间(MTBF)的点估计值和区间估计值。采用灰色聚类方法划分可靠性指标可拓区间灰数等级,并通过建立白化权函数得到等级区间权重矩阵。再结合构建比较判断矩阵确定的两种可靠性指标权重,最终建立了灰色聚类综合评价模型,对该加工中心进给系统可靠性水平进行评价。     

基于灰色聚类的直流电机无极调速的机床主传动系统优化设计

在设计机床的主传动非常规变速系统时,首先利用传统优化设计方法求出理想解和多个合理解,然后再把其作为一个灰色系统,利用灰色系统理论中的灰色聚类方法,对多个合理解按满意程度进行排列,其结果可为普通机床的设计、开发提供更趋于实际的理论依据.文中介绍利用灰色聚类方法开发金属切削机床直流电机无极变速的主传动非常规变速系统优化设计的总体结构、功能和方法.本系统具有界面美观、操作方便、易于理解的特点.     

数控机床热误差建模及预测方法分析

热误差作为制约数控机床加工精度的关键因素,在重型数控机床上表现得尤为明显。以重型落地镗铣床为例,根据热误差测量试验数据,分析重型数控机床温度场特性,并基于兼顾相关系数和欧式距离的系统聚类准则,对温度测点系统进行优化,以减小温度测点间共线性。通过优化温度测点,采用多元线性回归分析,建立重型数控机床热误差预测模型。由现场试验可知,建立的热误差预测模型可将均方根误差控制在10μm以内,有效地提高了热误差预测精度。     

基于H∞ 控制策略的机床主轴综合鲁棒控制研究

针对数控机床主轴的控制问题,采用综合鲁棒控制器实现数控机床主轴的有效控制,并对控制效果进行仿真验证。构造数控机床主轴系统模型简图,建立了考虑切削力的数控机床主轴的完整动力学模型。基于H_∞控制策略开发针对机床主轴的综合鲁棒控制器。采用MATLAB软件对数控机床主轴进行仿真,并与传统PID控制器的仿真结果进行对比和分析。结果显示:采用综合鲁棒控制器控制的数控机床主轴转速超调量小,能快速消除波动;所需控制电压范围减少了约50%;即使受到较大随机干扰,主轴系统也能够快速消除干扰,处于受控状态且稳定。采用综合鲁棒控制器可以提高机床主轴的动态稳定性以及抗干扰能力。     

Milling machine spindle analysis using FEM and non-contact spindle excitation and response measurement

In this paper a method for analysing lateral vibrations in a milling machine spindle is presented including finite-element modelling (FEM), magnetic excitation and inductive displacement measurements of the spindle response. The measurements can be conducted repeatedly without compromising safety procedures regarding human interaction with rotating high speed spindles. The measurements were analysed and compared with the FEM simulations which incorporated a spindle speed sensitive bearing stiffness, a separate mass and stiffness radius and a stiffness radius sensitive shear deformation factor. The effect of the gyroscopic moment and the speed dependent bearing stiffness on the system dynamics were studied for different spindle speeds. Simulated mode shapes were experimentally verified by a scanning laser doppler vibrometer. With increased spindle speed, a substantial change of the eigenfrequencies of the bearing-related eigenmodes was detected both in the simulations and in the measurements. The centrifugal force that acted on the bearing balls resulted in a softening of the bearing stiffness. This softening was shown to be more influential on the system dynamics than the gyroscopic moment of the rotor. The study performed indicates that predictions of high speed milling stability based on 0 rpm tap-test can be inadequate.     

轴承预紧对机床主轴刚度的影响

阐明了用有限元法分析计算机床主轴组件刚度的步骤和方法,并对主轴刚度进行计算,讨论不同预紧条件下,轴承刚度对主轴性能的影响;并探讨轴承预紧后,增大预紧量对主轴刚度的影响。结果表明:支承轴承预紧的增大使主轴弯曲刚度增幅最大为22%,而对固有频率的影响不明显。     

Application of a two-level optimization process to conceptual structural design of a machine tool

This paper proposes a modified two-level optimization approach for the concept design of a machine tool. The lower level of optimization is applied to each structural part of the tool and the upper level to the machine tool as an integrated system. When frequent modification of design specifications is required and re-use of previous design experience is preferred, the proposed approach is efficient because of the approximation functions used. Examples presented in the paper show that the principal dimensions of all the structural parts can be determined, minimizing the weight of the machine while maintaining sufficient stiffness.     

机床丝杠热膨胀零点及补偿技术研究

机床丝杠在运行时转速很高而且换向频繁,热量不能及时散出而产生很高的温升.丝杠为细长杆,对温度的变化敏感.根据丝杠热误差的产生规律,提出丝杠热膨胀零点的选取方法,建立误差补偿模型.研究机床丝杠热膨胀零点的补偿方法,分析丝杠热膨胀误差的补偿流程;通过补偿实验证明丝杠热膨胀零点对误差建模的意义.     

精准靶向法在机床主轴动平衡中的应用

针对机床主轴高动平衡品质的实际需求,在对两种传统动平衡方法进行定量对比的基础上,提出了一种改进型的高精度动平衡方法——精准靶向法,并在立式和卧式两转子试验台上对该方法进行了试验验证。对于普遍使用的测相平衡法和测幅平衡法,在两试验台上进行了整圆周试重试验,定量地分析了两方法的稳定性和准确性,并在此基础上,对测相平衡法进行改进,提出了精准靶向法。该方法通过最多两次试重,能快速、可靠地确定出逼近最优试重的位置,并准确得出初始不平衡量,使动平衡精度得到明显提高。     

Estimation of machine tool feed drive inclination from current measurements and a mathematical model

Leveling is an important part of a machine tool installation process because it significantly influences the product quality, machine tool accuracy, and machine lifetime. Conventional leveling procedures are performed by skilled engineers using leveling instruments such as spirit or electronic levels. It is difficult to monitor the level of a machine tool because an accurate leveling instrument is expensive and difficult to install. Therefore, a novel methodology for estimating the inclination angle of a machine tool feed drive is proposed in this paper to overcome the difficulties of leveling. The proposed methodology utilizes motor current measurements and a new mathematical model of the machine tool feed drive that considers the inclination. Experimental results showed that the proposed method successfully estimates the inclination angle and enhances the accuracy of the machine tool feed drive model by considering the inclination effects.