一种数控机床热误差补偿灰色神经网络建模方法
【专利摘要】本发明涉及一种数控机床热误差补偿灰色神经网络建模方法，主要包括如下步骤：a.布置传感器;b.筛选温度变量;c.建立灰色系统并获得热误差预测值;d.求解残差序列;e.建立残差序列的BP神经网络模型;本发明将灰色系统理论和BP神经网络组合在一起用于机床热误差建模，提高了模型的预测精度和泛化能力；能够对小样本数据进行准确的拟合预测，计算简单，反应迅速；使用神经网络方法使系统具有很高的自学习能力和自适应性，能自学习机床热误差复杂的变化，能反映机床加工过程的变化，具有良好的可靠性。
【专利说明】一种数控机床热误差补偿灰色神经网络建模方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种应用灰色神经网络为数控机床热误差进行数学建模的方法。属于精密机床技术或精密加工领域
【背景技术】
[0002]在现代高速切削机床中，随着机床转速和零件表面加工质量的提高，切削深度与走刀量一般都比较小，而切削力也不大，所以工艺系统受力变形对加工精度的影响与热变形相比处于次要的地位。随着制造工艺技术水平的不断提高，热误差已经成为影响高速机床加工精度的主要误差源。在机械制造、仪器仪表等行业，由温度引起的热变形是影响机器、仪器设备精度的重要因素，热变形引起的误差通常可占总误差的1/3。在精密加工中，热变形引起的误差在加工总误差中所占比例可达40%~70%。为提高机器设备的工作精度，通常可采用温度控制和精度补偿两种途径来减小温度对精度的影响。
[0003]用经验建模法建立机床误差模型是最主要是方法，即将机床系统看成一个黑箱，通常输入量是机床温度场的变化和其它相关量的变量，输出量是机床系统综合变形结果或系统中某些主要部件的变形量，并假定模型结构，用系统辨识的方法确定模型中的各个参数。
[0004]由于机床热变形受很多变量因素的影响，机床热误差是一个复杂的问题。而基于灰色神经网络的机床热误差预测的分析建模方法，综合了灰色系统理论和神经网络二者的优点，既有很强的智能学习和排除干扰的能力，又有很强的处理灰色数据、贫信息的能力，具有很高的精度和泛化性能，因此很适合用于机床热误差的建模分析。
【发明内容】
[0005]本发明的内容在于提供一种数控机床热误差基于灰色神经网络建模的新方法。
[0006]为实现这一目的，本发明采用的技术方案包括以下步骤:
[0007]步骤1:布置传感器
[0008]先利用红外热成像仪给运行过一段时间的机床做热成像图，根据热成像仪显示的温度彩色图，温度显示高的区域即为机床的发热区域，标记好每个发热区域的温度最高点。停机冷却后在机床旁边放置一个测量环境温度变化的传感器，并在所有m个标记点安装温度传感器来采集温度变化数据。在机床主轴的X轴、Z轴方向各安装一个激光位移传感器，采集机床热变形的数据。系统运行过程中，每隔相同一段时间读取温度1\与热变形位移XpZi随时间变化的数值；
[0009]步骤2:筛选温度变量
[0010]根据测定好的温度变化序列Ti (TilTi2Ti3-Tik Ti (k+1)…Tis)，i=l, 2，-m+1,通过灰色关联分析从m+1个温度变量中筛选出η个和热变形相关性高的温度变量；
[0011]步骤3:建立灰色系统并获得热误差预测值
[0012] 由于单独建立X向或Z向的热误差模型拟合精度更高，所以用X向或Z向的热变形位移值和上一步筛选出的η个温度变量样本值建立单独的X向或Z向的G (1，Ν)灰色系统模型。将Xi或Zi和筛选出来的η个关联度高的温度数列组成灰色系统G (1，Ν)的原始数列。在这里以Z向的数据为例，得灰色系统G (1，N)的原始数列Ζ(?1(1) Zm(I)…Zm {s)
【权利要求】
1.一种数控机床热误差补偿灰色神经网络建模方法，其特征在于，按如下步骤进行: 步骤1:布置传感器 先利用红外热成像仪给运行过一段时间的机床做热成像图，根据热成像仪显示的温度彩色图，温度显示高的区域即为机床的发热区域，标记好每个发热区域的温度最高点；停机冷却后在机床旁边放置一个测量环境温度变化的传感器，并在所有m个标记点安装温度传感器来采集温度变化数据，所以一共有m+1个温度传感器；在机床主轴的X轴、Z轴方向各安装一个激光位移传感器，采集机床热变形的数据；系统运行过程中，每隔相同一段时间读取所有温度传感器的实时温度ITJ与热变形位移{Xs}、{ZJ随时间变化的数值； 步骤2:筛选温度变量 根据测定好的温度变化序列Ti (TilTi2Ti3-Tik Ti (k+1)…Tis)，i=l, 2，…m+1，通过灰色关联分析从m+1个温度变量中筛选出η个和热变形相关性高的温度变量并组成新的矩阵P，设P为
P= ITi (I) Ti (2)...Ti(S)H=I, 2，...，η ; 步骤3:建立灰色系统并获得热误差预测值 将Xs或Zs分别和矩阵P组成灰色系统G (1，N)的原始数列； 由Zs和矩阵P组成灰色系统的原始数列为
【文档编号】G05B19/404GK103984287SQ201410091291
【公开日】2014年8月13日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2014年3月12日
【发明者】张建红, 张云峰, 尹青, 黄庭梅, 明佳, 李春 申请人:江苏齐航数控机床有限责任公司