面向电主轴热误差预测建模分析的改进IGWO-LSTM算法

针对电主轴复杂运行工况下的热误差建模问题,提出一种基于改进灰狼优化算法(IGWO)的LSTM神经网络参数预测模型IGWO-LSTM。通过对灰狼算法收敛因子a计算方法进行优化来提高算法寻优性能;通过IGWO算法的适应度函数与LSTM隐含层节点数组成的IGWO-LSTM闭环系统对电主轴热误差预测模型进行训练和预测,避免陷入局部最优,同时提升模型预测精度。为了验证该算法性能,将它与改进前的算法进行对比,通过求取平均绝对误差、平均绝对百分比误差以及均方根误差对这两种神经网络进行评价,结果显示：文中算法的3种指标均优于改进前的LSTM模型,具有更好的热误差预测准确性和全局搜索能力。     

数控机床热误差补偿建模综述

热误差建模技术是决定热误差补偿能否有效进行的关键,对提高数控机床的加工精度至关重要。介绍数控机床热误差建模的国内外研究状况,阐述国内外常用的几种主要的热误差建模方法,即人工智能法、统计分析法、灰色系统法等,探讨各种方法的特点,指出目前研究存在的问题,并展望未来的发展。     

高速电主轴热误差实验与预测建模

数控加工中心采用高速电主轴,由于电主轴发热导致主轴工作端明显热延伸,严重影响加工精度。以数控精雕机用永磁同步电主轴为研究对象,通过建立热特性实验平台,测试电主轴在不同转速、不同工作条件下的特征温度和热误差数据,建立基于自然指数函数的电主轴轴向热误差预测模型。在不同的工况下对模型的补偿结果进行实验验证,验证结果表明:该预测模型简单、精度较高,且建模成本较低,可以快速应用到实际的加工环境中。     

数控机床的热误差建模与补偿研究

数控机床的热变形误差是影响其加工精度的主要因素。针对当前机床热误差难以解决的问题,提出一种融合模糊聚类理论、灰色关联理论和多元线性回归理论的热误差建模及补偿原理,通过应用于实验室自主研制的AGPM,经机床温度场的测点优化分析、多元线性回归求解,建立了精确的热误差补偿模型。经补偿验证,该原理理论正确、简单易行、稳定可靠,可以大幅减小机床的热变形误差。     

数控机床热误差动态灰色优化建模研究

为降低热误差对加工精度的影响,以减少补偿成本、简化数据采集、提高补偿精度为目标,提出采用灰色GM(0,N)模型进行数控机床热误差建模预测;以优化数据配置、改善补偿系统动态品质、提高鲁棒性为目的,建立了GM(0,N)优化模型。采用智能温度传感器和位移传感器采集了MCH63精密卧式加工中心温度数据和主轴3个方向热位移量,并根据采集数据构建热误差模型。试验结果表明:GM(0,N)建模方法简单,数据量少,运算时间短,预测精度较高;优化模型可根据在线输入的新数据不断修正模型本身,其精度高、鲁棒性强、通用性好,适合于在线建模。     

基于WOA-SVR的电主轴热误差优化建模

为建立更加准确的电主轴热误差预测模型,以某台电主轴为实验对象,测得10 000 r/min转速时的温升和热伸长数据。利用模糊聚类结合灰色关联度分析(FCM-GRA)理论,优化温度测点。采用鲸鱼优化算法(WOA)和支持向量回归(SVR)相结合的方法,建立电主轴的热误差预测模型。对比多元线性回归、SVR和WOA-SVR预测模型预测效果。结果表明：鲸鱼算法优化后的支持向量回归预测模型可以更有效预测电主轴的热误差,将拟合误差最大值降低到3.72μm,均方根误差降低至1.33μm,验证了所提方法的可行性。     

基于SSA-BP的电主轴热误差优化建模

为解决某加工中心电主轴的热误差补偿问题,建立预测精度高、鲁棒性强的热误差补偿模型。搭建实验台,利用美国雄狮回转误差分析仪采集电主轴的温度场和热误差数据。介绍麻雀搜索算法(SSA)原理、具体优化流程。采用SSA优化BP神经网络的权值和阈值,建立SSA-BP神经网络预测模型。与之前建立的BP神经网络预测模型相比,优化后预测效果更优,为电主轴热误差建模提供新的思路。     

基于GA-SVR的数控机床热误差建模

为了提高数控机床加工精度,消除数控机床热误差对加工精度的影响,文章提出了基于GA-SVR(遗传算法-支持向量回归机)的数控机床热误差建模方法.为了构建机床的热误差模型,首先采用温度传感器与位置传感器测量机床的温度与对应的机床主轴变形量.其次把获得的数据进行支持向量回归机建模训练,同时使用遗传算法寻找支持向量回归机相关参数的最优值.最后建立机床热误差模型,并验证模型的准确度.结果表明,基于GA-SVR的数控机床热误差建模方法具有精度高和鲁棒性强的特点.     

数控机床主轴热误差建模参数优化

数控机床主轴系统的热变形所引起热误差是影响其加工质量及效率的主要因素,因此,对机床主轴的热误差进行建模及补偿有着十分重要的意义,而建模的方法多种多样,其中利用最小二乘支持向量机法建模对于非线性系统效果良好并使模型具备更好的决策能力.文章对机床主轴温度场进行了实时的采集,并以此为基础以matlab为平台利用网格搜索法在相对更大的范围内针对最小二乘支持向量机建模时核函数的重要参数对(γ、σ)的选值进行优化,有效的提高了建模精度.     

基于GA-LSSVM的数控机床热误差建模方法研究

为减小数控机床热误差对加工精度的影响,实现对热误差的补偿控制,提出一种基于遗传算法(GA)优化的最小二乘支持向量机(LSSVM)数控机床热误差建模方法.利用遗传算法优化选择LSSVM惩罚因子C和核函数参数σ2,构建针对某卧式加工中心主轴热误差的GA-LSSVM模型.根据该模型得到热误差的模拟值和测量值对比曲线,通过分析...     

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。     

多工况下数控机床主轴热误差建模

单一工况条件下数控机床主轴热误差模型无法准确预测其它工况下的热误差。通过研究分析支持向量机回归的算法和参数的关系,提出一种经过遗传算法(GA)在多工况条件下优化的支持向量机(SVM)的建模方法。以一台数控车床为研究对象,进行热误差测量实验,利用电涡流位移传感器和温度传感器同步测量机床主轴两个方向热误差和温度变化数值,获取两种工况的建模数据。运用遗传算法对SVM的惩罚函数、核函数参数和不敏感损失函数进行多工况条件下的优化选择,建立机床主轴热误差补偿模型。通过热误差建模实验验证,该方法在工况一的残差为0.838μm,工况二的残差为0.653μm,在保持较高预测精度的同时,能在两种工况下进行有效的热误差预测,使热误差补偿更适合实际加工环境。     

基于GA-BP网络的数控机床热误差优化建模研究

为减小热误差对数控机床加工精度的影响,提出基于GA-BP神经网络的机床热误差优化建模方法。阐述遗传算法(GA)和BP神经网络算法,介绍GA-BP神经网络模型的具体步骤,建立BP神经网络热误差预测模型和GA-BP网络热误差优化模型。运用MATLAB软件对两种模型进行实验仿真,结果表明:GA-BP神经网络的数控机床热误差优化建模方法具有建模时间短、预测精度高、收敛速度快等优点。     

电主轴热特性分析与基于自然指数的热误差建模

提出了一种基于自然指数的数控机床电主轴热误差建模方法。通过对电主轴结构及温度场的分析,得到用于电主轴热特性有限元分析的几何模型和热边界条件,利用ANSYS对电主轴进行热特性有限元仿真分析,得到电主轴的稳态温度场与稳态变形场。电主轴任意转速下的热误差可通过自然指数模型来描述,但需要确定任意转速下的热平衡时间常数和稳态热误差两个参数,为此给出了两个参数的计算方法。在一台加工中心上进行任意转速下的电主轴热误差测量实验,结果表明：自然指数模型具有很好的鲁棒性和很高的准确性。     

基于单温度传感器的数控机床主轴热误差建模方法研究

为了提高热误差模型的预测精度和减少布置在机床内部的温度传感器数量,提出一种基于单个温度传感器数据的主轴轴向热误差辨识模型。该模型的输入由单个温度传感器采集的数据处理生成,内部参数少,利用智能优化算法的全局寻优能力辨识模型参数,减少人工干预,使得模型泛化性更强。以某型号三轴机床为实验对象,通过机床切削工件,验证模型辨识效果。通过与神经网络主轴热误差预测模型对比分析及实验验证,结果表明：提出的热误差模型预测主轴轴向热误差的残差较小,预测精度较高,且具有内部参数少和泛化能力强等优点,可支持数控机床的集成应用。     

精密研抛数控机床几何误差与热误差复合建模及其补偿研究

为了提高精密研抛数控机床的加工精度,对研抛数控机床的几何误差与热误差进行了研究与分析,发现随着机床相关部件温度的不断升高直至热稳态,机床的定位误差也不断增加到稳态值,验证了几何误差和热误差是精密及超精密加工误差的主要来源。综合考虑了机床复合误差的不同特点并进行误差分离,提出了基于牛顿插值算法和最小二乘法的几何与热复合误差建模方法,依据复合误差模型进行补偿实验,补偿后机床冷态下定位误差值从3.5μm降至1.2μm,误差降低了65.7%,热稳态后定位误差值从12.2μm降至1.9μm,误差降低了84.4%,实验结果证明复合误差模型计算简单、预测精度高、具有较好的鲁棒性,为提高机床的加工精度提供了理论与实践依据。     

无限冲激响应网络在数控机床热误差建模中的应用

本文阐述了数控机床热误差补偿技术的基本概念，提出了一种基于无限冲激响应(IIR)网络的数控机床热误差预报模型，讨论了该模型的建立及相关技术问题，对智能预报补偿系统进行了研究，并给出了智能预报的结果和精度评价。     

数控机床电主轴单元热-结构特性动态分析

分析了高速电主轴单元热变形机理与散热机制,对主轴单元热态特性要求进行了描述,利用AN-SYS对高速电主轴进行了热-结构耦合分析。通过改变电主轴有限元模型中的边界条件,对不同转速、润滑方式、冷却结构设计、内装式电机选择条件下电主轴热-结构特性进行了对比分析。根据分析结果,提出了改善电主轴热态特性的措施,为电主轴冷却结构设计提供了参考。     

数控机床热变形误差超前预测研究

针对当前数控机床热变形误差实施补偿存在的预测值滞后实际补偿值问题,提出基于长短期记忆(LSTM)神经网络算法热误差超前预测解决方案,详细探讨LSTM神经网络算法的解析流程,建立基于LSTM神经网络算法热误差超前预测模型,并进行关键温测点及热变形误差超前预测实验。实验结果表明：热变形误差实际值与预测值的最大残差、平均值和均方差均在可控范围内,超前预测的准确度为86.3%,进一步论证了机床热变形误差超前预测的有效性。     

基于优化模糊神经网络的高速数控机床热误差建模方法

针对高速数控机床的热特性,提出了一种基于优化模糊神经网络(GA-BP-FNN)热误差建模及预测方法。利用遗传算法和反向传播算法对模糊神经网络进行优化,改善了因隶属度函数取值随机性导致热误差模型的鲁棒性降低的现象。以一台超高速随动曲轴数控磨床为研究对象,进行了主轴Z向热误差建模试验,同时与BP神经网络建模方法进行比较,实验结果表明:GA-BP-FNN建模方法优于BP神经网络建模方法,GA-BP-FNN模型的均方根误差为4.801μm,绝对百分比误差为1.36%。