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面向碰撞概率設計的CNC加工中心載荷穩定性估計

伯特利數控 加工中心 鉆攻中心

前言：

隨著生產技術的不斷提高，對CNC加工中心加丁穩定性的要求也越來越高'影響CNC加工中心加丁穩定性的因素有很多，其中最主要的因素是CNC加工中心的動態誤差特性CNC加工中心的動態誤差特性是由其自身各個零件的精度共同決定的w。數控加工中心的主軸是直接進行切削加丁的部位，是影響CNC加工中心穩定性的關鍵因素' 為了增加CNC加工中心加丁丁件時的穩定性，減少加T誤差，需要對CNC加工中心載荷的穩定性進行準確估計¹\CNC加工中心載荷穩定性的估計問題，也成為近些年來國內外的研究熱點，受到了越來越多人們的關注夂當前階段，主要的CNC加工中心載荷穩定性估計方法主要由：基于PID的CNC加工中心載荷穩定性估計方法'基于BP神經網絡的CNC加工中心載荷穩定性估計方法^[81和基于T-S模型的CNC加工中心載荷穩定性估計方法。其中最常用的方法是基于BP神經網絡的CNC加工中心載荷穩定性估計方法[⁹1。由于CNC加工中心載荷穩定性估計方法能夠為提高CNC加工中心載荷的穩定性提供理論依據，可以有效提高加丁.精度，降低次品率，因此，該課題已經成為機床加T.領域中的一個研究熱點，并已成為很多學者研究的重點課題

利用傳統算法進行CNC加工中心載荷穩定性估計的過程中，需要建立精確的數學模型，且對于初始參數的設置過于敏感，難以獲得精確的穩定性估計結果。

針對上述傳統算法存在的不足，提出一種基于碰撞概率的CNC加工中心載荷穩定性估計方法。對CNC加工中心切削的軌跡進行建模，提取刀具運行軌跡的特征點，利用剪枝法對聚類樹進行剪枝處理，獲得刀具運行軌跡的尺度特征，并依此為依據，利用蒙特卡洛對刀具與T件的碰撞概率進行仿真，計算不同運行軌跡中發生碰撞的概率。仿真實驗結果表明了改進算法在CNC加工中心穩定性分析方面的有效性。

1CNC加工中心載荷切削的軌跡建模

CNC加工中心在對零件進行切削加丁.時，加丁的軌跡是受控制信號控制的，因此服從一定的分布特征。通過對刀具運行軌跡數據進行統計和分析，并采用聚類算法，能夠獲得CNC加工中心刀具加丁的軌跡特征。具體方法如下：

1.1刀具運行軌跡數據的預處理

由于CNC加工中心自身的系統誤差、以及控制信號的干擾等因素，數量龐大的刀具運行軌跡數據就會存在著冗余、丟失等異常情況。因此，需要對刀具運行軌跡數據進行預處理。

1 • 1.1刀具運行軌跡的選取

對刀具運行軌跡的數據進行解析和篩選，所選取的刀具運行軌跡數據應該能夠前完全反映出CNC加工中心進行丁件加丁.時的軌跡特征。道具切削丁.件時的運行軌跡如下圖1所示。

1 • 1.2刀具運行軌跡異常點的刪除

每一條刀具軌跡數據都要進行分析，由于異常點與正常的刀具運行軌跡存在著較大的差異，對刀具運行軌跡的聚類效果產生嚴重影響，因此需要將軌跡中的異常點進行刪除。

1.1.3選取刀具運行軌跡的特征點

為了提高效率，采用CNC加工中心刀具運軌跡的特征點進行計算，以實現CNC加工中心在加丁丁件時載荷的穩定性估計。文中選取的刀具運行軌跡的特征點為在某一個時間間隔內刀具軌跡的方法存在明顯變化的軌跡點。

1.2刀具運行軌跡的聚類分析1.2.1刀具運行軌跡的聚類

以CNC加工中心刀具的實際運行軌跡的特征分析為基礎，構建基于刀具運行軌跡間相似性的評價模型。并采用聚類的方法對刀具運行軌跡數據進行聚類分析，從而實現了CNC加工中心刀具運行軌跡的聚類，具體方法如下：

(1)在建立刀具運行軌跡間相似性的評價模型是，需要結合刀具運行軌跡的數據特征，對運行軌跡點進行對比，構建基于歐氏距離的刀具運行軌跡相似度的評價模型，得到兩條刀具運行軌跡的相似度參數。利用上述模型對每一對刀具運行軌跡進行計算時，需要同時選取兩條運行軌跡中距離最近的點進行計算，以獲得兩條運行軌跡之間的最短距離，如下圖2所示：

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結束語：

隨著刀具切削速度的不斷提高，在刀具的切削軌跡內，不穩定區域的面積逐漸增加，這表明為了提高CNC加工中心切削的穩定性，需要控制丁件的切削速度。通過對實驗結果能夠分析可知，改進算法能夠對CNC加工中心切削丁件時的刀具發生的概率進行準確計算和分析，從而實現CNC加工中心載荷穩定性的準確估計。

伯特利數控是一家集銷售、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東莞市，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！

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標簽： CNC 加工中心

分類：加工中心

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