基于綜合評價體系的五軸數(shù)控加工中心加工性能評價和誤差溯源方法
文章預(yù)覽：精工加工中心作為高端制造不可或缺的重要設(shè)備，隨著精工產(chǎn)品結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，復(fù)雜曲面在零件中的應(yīng)用越來越多，因此對精工加工中心加工能力的要求也越來越高，其中用戶最為關(guān)注的就是精工加工中心的精度。特別是大型關(guān)鍵零件，需要提前對加工中心的精度進(jìn)行檢測、評價，以便調(diào)整加工中心參數(shù)使加工中心的精度保持在正常范圍內(nèi)，從而提高零件的加工質(zhì)量和合格率。精工加工中心的精度包括幾何精度、運(yùn)動精度及加工精度等幾個方面[1]。幾何精度一般屬于準(zhǔn)靜態(tài)精度，可用激光干涉伩等檢測其精度，趙小松等則提出了測量精工加工中心幾何誤差的九線法[2]，范晉偉[3]基于雙頻加工中心干涉測量儀，開發(fā)了十四線法測量精工加工中心的幾何誤差；運(yùn)動精度是在空載、運(yùn)動情況下由檢測儀器測得的精度。HOJAT等[4]利用激光干涉儀和球桿儀對直線和圓弧運(yùn)動誤差進(jìn)行測量，研究進(jìn)給速度與滾珠絲杠的預(yù)緊力對圓周運(yùn)動精度的影響，KERT等％_R-Test測量X、F、Z的圓形偏差，對反向間隙、垂直度以及定位誤差進(jìn)行了分析，并對分析結(jié)果進(jìn)行了驗證；幾何精度和運(yùn)動精度兩者在一定程度上反映出加工中心的精度指標(biāo)，但用戶更為關(guān)心的是實際切削下的加工中心加工性能，對于加工精度的檢測，試件切削是重要的評判準(zhǔn)則。1965年，美國國家航空航天局(NASA)提出的NAS979試件其主要是針對早期的三軸精工加工中心的性能測試進(jìn)行設(shè)計的，缺少檢測精工加工中心曲面加工中的動態(tài)特性的能力和對于多軸精工加工中心的加工性能測試的特性。歐洲的汽車制造廠商為了更進(jìn)一步測試精工加工中心的精度，在NAS979的基礎(chǔ)上提出了更復(fù)雜的Mercedes試件[7]，它將各種典型的輪廓整合在一起，用于考核加工中心對特定型面的加工能力，由于其復(fù)雜性，不利于推廣。針對這些不足，中航工業(yè)成都飛機(jī)工業(yè)公司提出了 S形檢驗試件[8'該試件形面中融入了航空薄壁的特征，不僅能夠反映加工中心的靜態(tài)精度，而且重點關(guān)注了加工中心的動態(tài)精度，現(xiàn)已申報成為ISO 10791-7的新草案。但是目前對上述試件都沒有相應(yīng)完整的測評規(guī)范，切削后如何評價、調(diào)整加工中心是更為實際的科學(xué)問題。針對這一問題，在運(yùn)用模糊綜合評價方法基礎(chǔ)上，通過仿真分析得到了 S件與加工中心重要控制參數(shù)之間的映射關(guān)系，確定出以自然語言變量詞集{優(yōu)，良，中，差，很差}表示的加工中心加工精度等級；同時，根據(jù)多級模糊綜合評價結(jié)果以及各級指標(biāo)的隸屬度值，逐層分析，最終確定出最大的可能影響因素。對精工加工中心的性能測評和誤差溯源，在一定程度上為其科學(xué)評價和維修指導(dǎo)提供了依據(jù)。1綜合評價理論體系1.1綜合評價概述綜合評價(Comprehensive evaluation，CE)是指對被評價對象所進(jìn)行的客觀、公正、合理的全面評價。一般綜合評價問題由4部分組成，即評價指標(biāo)集、評價等級集、權(quán)重系數(shù)、集結(jié)模型。各個組成部分之間信息相互流動、組合，演繹一個主客觀信息集成的復(fù)雜的綜合評價過程。⑴評價指標(biāo)集。評價指標(biāo)集即是把總得評價目標(biāo)分解為各個指標(biāo)的集合，以便分層逐步評價。在實際的綜合評價問題中，要選取合適的指標(biāo)進(jìn)行評價，并非是評價指標(biāo)越多越好，但也不是越少越好，關(guān)鍵在于評價指標(biāo)在評價中所起作用的大小。(2) 評價等級集。評價等級集表示對評價指標(biāo)集劃分等級的集合，是評價人員對各層次評價指標(biāo)所給出的評語集合，對于不同的評價指標(biāo)，其評語等級所表示的含義不盡相同。利用自然語言{優(yōu)，良，中，差，很差}來代表評價指標(biāo)的五個等級，通過隸屬度函數(shù)來量化不同的評價等級。(3) 權(quán)重系數(shù)。采用組合賦權(quán)的方法來進(jìn)行權(quán)重的計算，其中主觀權(quán)重用序關(guān)系分析法^彳是基于層次分析法改進(jìn)而來，相比于層次分析法，序關(guān)系分析法不用構(gòu)造判斷矩陣，也無需進(jìn)行一致性檢驗，計算量也較少；客觀權(quán)重用熵值法[11]進(jìn)行確定；最后用乘法合成歸一的方法將主、客觀權(quán)重組合起來就可得到最終的權(quán)重系數(shù)[12]。備注：為保證文章的完整度，本文核心內(nèi)容都PDF格式顯示，如未有顯示請刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試！結(jié)束語：(1) 提出了基于s件加工誤差數(shù)據(jù)的五軸精工加工中心加工性能綜合評價方法，依據(jù)多級模糊綜合評價理論，建立了由S試件誤差指標(biāo)、誤差表現(xiàn)區(qū)域及加工中心影響因素組成的綜合評價模型。(2)對精工加工中心各個軸的位置增益、反向間隙等參數(shù)進(jìn)行仿真，通過改變參數(shù)不同程度的增大或減小，得到相應(yīng)的S試件誤差表現(xiàn)曲線，對比、分析誤差的表現(xiàn)情況，總結(jié)出精工加工中心參數(shù)與S件加工誤差之間的映射關(guān)系，進(jìn)而得到S試件誤差重點表現(xiàn)區(qū)域的分布。(3) 通過一系列的仿真及現(xiàn)場實際加工經(jīng)驗，選取了適合本文的嶺形函數(shù)作為隸屬度函數(shù)，同時也得到了各層指標(biāo)的重要性排序關(guān)系，為主觀權(quán)重的確定提供幫助。再根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)計算得到客觀權(quán)重，運(yùn)用組合權(quán)重方法，將主、客觀權(quán)重結(jié)合起來，得到更為合理、科學(xué)的權(quán)重。(4) 利用S試件輪廓誤差數(shù)據(jù)，通過綜合評價,得到加工中心的加工精度等級，分析評價結(jié)果，可以對不理想的評價結(jié)果做出一定的誤差溯源，找到加工中心可能存在的故障，進(jìn)而通過調(diào)節(jié)加工中心相應(yīng)參數(shù)，來減小加工中心誤差，以便為后續(xù)加工零件，提供一定的質(zhì)量保障。(5) 模糊綜合評價方法易于程序化，基于相關(guān)的算法軟件(Matlab和C)已開發(fā)了綜合評價通用計算分析軟件，可以方便、快速、有效的對加工中心的加工性能做出評價，同時也便于推廣應(yīng)用。