基于综合评价体系的五轴数控加工中心加工性能评价和误差溯源方法


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数控加工中心作为高端制造不可或缺的重要设备,随着数控产品结构越来越复杂,复杂曲面在零件中的应用越来越多,因此对数控加工中心加工能力的要求也越来越高,其中用户最为关注的就是数控加工中心的精度。特别是大型关键零件,需要提前对加工中心的精度进行检测、评价,以便调整加工中心参数使加工中心的精度保持在正常范围内,从而提高零件的加工质量和合格率。

数控加工中心的精度包括几何精度、运动精度及加工精度等几个方面[1]。几何精度一般属于准静态精度,可用激光干涉伩等检测其精度,赵小松等则提出了测量数控加工中心几何误差的九线法[2],范晋伟[3]基于双频加工中心干涉测量仪,开发了十四线法测量数控加工中心的几何误差;运动精度是在空载、运动情况下由检测仪器测得的精度。HOJAT[4]利用激光干涉仪和球杆仪对直线和圆弧运动误差进行测量,研究进给速度与滚珠丝杠的预紧力对圆周运动精度的影响,KERT%_R-Test测量XFZ的圆形偏差,对反向间隙、垂直度以及定位误差进行了分析,并对分析结果进行了验证;几何精度和运动精度两者在一定程度上反映出加工中心的精度指标,但用户更为关心的是实际切削下的加工中心加工性能,对于加工精度的检测,试件切削是重要的评判准则。1965年,美国国家航空航天局(NASA)提出的NAS979试件其主要是针对早期的三轴数控加工中心的性能测试进行设计的,缺少检测数控加工中心曲面加工中的动态特性的能力和对于多轴数控加工中心的加工性能测试的特性。欧洲的汽车制造厂商为了更进一步测试数控加工中心的精度,在NAS979的基础上提出了更复杂的Mercedes试件[7],它将各种典型的轮廓整合在一起,用于考核加工中心对特定型面的加工能力,由于其复杂性,不利于推广。针对这些不足,中航工业成都飞机工业公司提出了 S形检验试件[8'该试件形面中融入了航空薄壁的特征,不仅能够反映加工中心的静态精度,而且重点关注了加工中心的动态精度,现已申报成为ISO 10791-7的新草案。但是目前对上述试件都没有相应完整的测评规范,切削后如何评价、调整加工中心是更为实际的科学问题。

针对这一问题,在运用模糊综合评价方法基础上,通过仿真分析得到了 S件与加工中心重要控制参数之间的映射关系,确定出以自然语言变量词集{优,良,中,差,很差}表示的加工中心加工精度等级;同时,根据多级模糊综合评价结果以及各级指标的隶属度值,逐层分析,最终确定出最大的可能影响因素。对数控加工中心的性能测评和误差溯源,在一定程度上为其科学评价和维修指导提供了依据。

1综合评价理论体系

1.1综合评价概述

综合评价(Comprehensive evaluationCE)是指对被评价对象所进行的客观、公正、合理的全面评价。一般综合评价问题由4部分组成,即评价指标集、评价等级集、权重系数、集结模型。各个组成部分之间信息相互流动、组合,演绎一个主客观信息集成的复杂的综合评价过程。

⑴评价指标集。

评价指标集即是把总得评价目标分解为各个指标的集合,以便分层逐步评价。在实际的综合评价问题中,要选取合适的指标进行评价,并非是评价指标越多越好,但也不是越少越好,关键在于评价指标在评价中所起作用的大小。

(2)  评价等级集。

评价等级集表示对评价指标集划分等级的集合,是评价人员对各层次评价指标所给出的评语集合,对于不同的评价指标,其评语等级所表示的含义不尽相同。利用自然语言{优,良,中,差,很差}来代表评价指标的五个等级,通过隶属度函数来量化不同的评价等级。

(3)  权重系数。

采用组合赋权的方法来进行权重的计算,其中主观权重用序关系分析法^彳是基于层次分析法改进而来,相比于层次分析法,序关系分析法不用构造判断矩阵,也无需进行一致性检验,计算量也较少;客观权重用熵值法[11]进行确定;最后用乘法合成归一的方法将主、客观权重组合起来就可得到最终的权重系数[12]

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结束语:

(1) 提出了基于s件加工误差数据的五轴数控加工中心加工性能综合评价方法,依据多级模糊综合评价理论,建立了由S试件误差指标、误差表现区域及加工中心影响因素组成的综合评价模型。

(2)   对数控加工中心各个轴的位置增益、反向间隙等参数进行仿真,通过改变参数不同程度的增大或减小,得到相应的S试件误差表现曲线,对比、分析误差的表现情况,总结出数控加工中心参数与S件加工误差之间的映射关系,进而得到S试件误差重点表现区域的分布。

(3) 通过一系列的仿真及现场实际加工经验,选取了适合本文的岭形函数作为隶属度函数,同时也得到了各层指标的重要性排序关系,为主观权重的确定提供帮助。再根据实际测量数据计算得到客观权重,运用组合权重方法,将主、客观权重结合起来,得到更为合理、科学的权重。

(4) 利用S试件轮廓误差数据,通过综合评价,得到加工中心的加工精度等级,分析评价结果,可以对不理想的评价结果做出一定的误差溯源,找到加工中心可能存在的故障,进而通过调节加工中心相应参数,来减小加工中心误差,以便为后续加工零件,提供一定的质量保障。

(5) 模糊综合评价方法易于程序化,基于相关的算法软件(MatlabC)已开发了综合评价通用计算分析软件,可以方便、快速、有效的对加工中心的加工性能做出评价,同时也便于推广应用。

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