基于多传感器信号的主轴回转误差在线回归预测方法研究

通过对主轴回转误差形成机理分析,基于多传感器信号构建了主轴回转误差回归预测模型。首先,使用LMD分解方法和皮尔逊相关系数算法对主轴回转误差密切相关的主轴前轴承振动信号、主轴电流信号和前轴承声发射信号进行特征量提取和寻优降维,克服了以往机床主轴回转误差预测中原始信号类型过于单一的问题。其次,针对各监测信号与机床主轴回转误差之间的非线性问题,利用支持向量机模型特有的RBF核函数实现多输入量下的非线性预测、找到数据之间的复杂关系,但模型中宽度系数σ、惩罚因子C和不敏感损失系数ε的有效确定是建立其RBF核函数的难题,为此建立了基于粒子群算法的支持向量机模型对主轴回转误差进行回归预测。再次,为评价该模型的有效性,提出了基于均方误差、平均绝对误差和决定系数的主轴回转误差回归预测模型评价方法。最后,使用i5m4数控加工中心对上述预测模型进行了实验研究,结果表明:该PSO-SVM回归预测模型的均方误差为0.19%,平均绝对误差为4.58%,决定系数为0.9237,相对于优化前模型,该PSO-SVM回归预测模型可准确有效实现主轴回转误差的预测。

考虑系统振动的电主轴回转误差检测方法研究

针对目前机床主轴的回转精度检测不能反映主轴在切削工况下的实际回转精度、现有三点法检测的主轴回误差信号包含了系统振动信号的问题,在传统三点法的基础上加入振动加速度传感器,实时测量系统的振动加速度,进而提出一种包含系统振动信号分离的新型三点法。首先,通过建立考虑系统振动的回转误差检测数学模型,得到系统的振动位移和传感器相对主轴的绝对位移;其次,采用误差分离技术,得到主轴在切削工况下的实际回转误差;最后,研制出一套主轴在切削工况下的回转误差检测装置并进行了实验验证。研究结果表明,所提出方法能有效提高主轴在切削工况下回转误差的检测精度。

基于多步误差分离法的主轴回转误差检测方法

为高效快速获得高精密数控铣床主轴工作时的回转误差,笔者提出了基于数理统计法与位移信号的多步误差分离方法。设计了一套包含x向和y向的2个电涡流传感器以及1个光电编码器的测量装置,并使用数据采集卡对传感器和光电编码器进行同步数据采集;设置不同的采样率,使主轴在不同的转速下,每圈的采样点数保持一致;在不借助标准球或者标准棒的情况下对数控铣床的主轴外轮廓进行直接测量,避免标准球或标准棒在安装过程中引入的安装误差和主轴运行时的轴向窜动对测量造成影响;根据误差特性将传感器采集到的混合误差(主轴原始数据)进行逐步分离(消除白噪声和主轴形状误差),最终得到准确的数控铣床主轴回转误差。通过使用美国LionPrecision主轴回转误差分析仪验证了所求主轴回转误差的准确性。该主轴回转误差分离方法能够在不借助标准球或标准棒的情况下,完成对工况下主轴回转误差数据的采集与处理,进而方便、高效地获得比较精确的主轴回转误差。

基于Kriging模型的RV减速器回转误差预测方法研究

通过旋转矢量(RV)减速器零部件选配,可以弥补制造设备精度不高或生产过程能力不足等企业生产短板。但实施选配需要使用虚拟样机预测RV减速器回转误差,预测操作时间较长,不能满足RV减速器零部件选配需要,为此提出基于Kriging模型的RV减速器回转误差预测方法。选取5个关键影响因素进行最优拉丁超立方抽样,构建RV-40E型减速器虚拟样机获得回转误差值,进行数值拟合得到初始Kriging模型参数值,采用最大期望改善和最优预测点进行双加点循环改进Kriging模型参数值,并利用粒子群算法加速寻优过程。经过54次加点最终获得可供实际装配使用的RV-40E型减速器回转误差预测模型。通过与实际样机和虚拟样机对比分析,验证了Kriging模型在RV减速器回转误差预测上的可行性和有效性。

基于双圆光栅的轴截面内轴系回转误差分析与测量方法研究

基于双圆光栅测量轴系回转误差的方法,介绍了圆光栅测量轴系回转误差的原理和测量圆光栅安装偏心参数的原理。为验证该方法的正确性及可行性,设计并搭建了轴系回转误差测量对比实验系统。利用C++Builder编程并采用多轴固高控制器同时采集多路传感器信号,以保证数据的同步性。对电感测头进行标定,使电感测头达到实验精度要求,并测量两个圆光栅的安装偏心参数,对其在测量方向引起的测量误差进行分离,实时采集电感测头和圆光栅测量的轴系回转误差并进行对比。实验结果表明,在不使用高精密转台及高精密轴系的情况下,轴系回转误差在±55μm范围内时,误差在5μm以内。该轴系回转误差测量方法安装调试简单,无需使用标准件,能够实现在线测量,可以应用到具有轴系回转类的设备中实时监测轴系状态。

磨煤机磨辊滚动轴承回转误差测量研究

为了消除误差测量中的轴承偏心问题,研究中速辊式磨煤机磨辊滚动轴承回转误差测量技术。建立磨辊轴承回转误差运动分析模型获取传感器信号,采集误差数据回转误差谐波分析,获取各误差指标测量值。经实验论证分析,在定常载荷实验条件下,该文方法回转误差测量结果在5%以下,回转误差随预紧力增大而减小,较为准确地反映预紧力变化对轴承回转误差运动的影响。

“机械制造技术基础”中机床主轴回转误差的教学思考

“机械制造技术基础”是机械类专业的必修课程之一,该课程的知识积累为其他专业课的学习奠定了坚实基础。机床是该课程着重讲述的关键内容,其主要包括机床的基本结构、工作原理、传动原理及加工方式等内容,而机床主轴回转误差则会对加工精度产生重要影响。本文针对机床主轴回转误差教学内容,提出从主轴回转误差的基本形式、主轴回转误差的动态轨迹描述、主轴回转误差相关的科研问题、学生互动讨论四方面展开教学工作。本文提出的机床主轴回转误差教学方法有助于提高学生的积极性,激发学生的兴趣爱好,使学生在探究中掌握基础知识。

轴系回转误差对圆光栅测量误差的影响研究

圆光栅的测角精度将直接影响数控转台的转角精度,目前对轴系回转误差引起圆光栅测量误差的研究较少。通过对单读数头相对于光栅码盘偏心、倾斜时角度测量误差的变化规律,研究双读数头安装夹角误差等因素对圆光栅测量误差影响规律;分析推导轴系回转误差与圆光栅测量转角时的系统误差及随机误差的关系。结果表明:轴系回转误差中的同步误差映射为圆光栅测角的系统误差,非同步误差影响双读数头圆光栅测角的随机误差,同步与非同步误差均具有一次谐波特性,谐波幅值与两读数头安装夹角误差及轴系偏心误差值成正比,与测量半径成反比。研究结果为圆光栅安装位置的轴系误差控制提供理论指导。

三测头同方位同步测量实时分离轴系回转误差

本文提出的三测头同方位同步测量实时分离轴系回转误差的新方法,能在一次测量过程中将轴系回转误差的系统误差和随机误差一并分离,可提高测量准确度几倍至几十倍。文中给出了分离轴系回转误差的计算程序流程图,论述了所研制的试验装置的特点、方法和在多种试验装置上的试验结果及该方法的应用前景。

液体静压主轴回转误差的形成机理研究

液体静压主轴是精密、超精密机床的核心功能部件,虽然已在工程领域获得广泛应用,但其回转误差的形成机理长期以来并不明确。利用现有的静压主轴计算模型,难以对主轴从静平衡位置到动态回转误差轨迹的过渡过程进行定量精确的计算和仿真,难以揭示出回转误差运动的扰动因素与主轴位置、轴承流量和油膜力等因素之间的内在联系,因而不能从物理本质上合理解释静压主轴回转误差的形成机理。建立了液体静压主轴回转误差的动力学模型,采用全程动网格方法、平衡位置动网格方法和平衡位置油膜刚度阻尼等三种方法,定量再现了主轴从轴颈与轴承的同心初始位置到形成回转误差运动轨迹的过渡过程,揭示了静压主轴形成平均回转中心和回转误差时扰动因素与主轴合力、轴承流量和轴心位置之间的相互影响规律。采用最小二乘法对回转误差轨迹进行评价,对比分析了三种方法计算结果存在差异的原因,提出了可同时兼顾计算效率和计算精度的将动网格与油膜刚度阻尼相结合的回转误差计算方法。

主轴回转误差补偿机理和动力学模型研究

从补偿作用机理角度分析了主轴回转误差与加工系统之间的动态相互作用。在此基础上,着重从拉普拉斯频域和时间域分析了镗床主轴回转误差补偿切削系统的动力学特性。通过理论分析和仿真试验,得出有效补偿位移不仅受工件-主轴系统刚度和刀具刚度的影响,而且还受到切削参数,如切削重叠系数的影响。仿真和试验结果表明,SREC(主轴回转误差补偿)技术能有效地提高加工精度,在实际工程应用中是可行的。

精密离心机主轴回转误差对加速度计输入精度的影响

介绍了用4个位移传感器法测试精密离心机主轴径向回转误差和倾角回转误差的方法,计算了主轴回转误差中一次谐波,它包括圆锥运动和一次谐振运动,对一次谐波如何影响精密离心机中的向心加速度及其在加速度计坐标系下的分配作了详细分析,同时对重力加速度分配的影响也作了详细的分析。最后得出了被测加速度计的输入加速度的平均值的补偿方法,进一步提高了加速度计的输入精度。通过对离心机主轴回转误差运动的检测和测试,定量分析了对加速度计输入精度的影响,有助于提高加速度计的标定精度。

精密离心机主轴回转误差对工作半径的影响

介绍了主轴回转误差引起的回转中心与回转轴心误差的基本概念 ,指出离心机工作半径的起测点是主轴某截面的瞬心而不是几何中心 ,分析了主轴回转误差中一次谐波误差对离心机瞬时工作半径的影响程度 .在主轴上下两个截面上安装 4个位移传感器测试主轴的回转误差 ,这种方法克服了以往不能测试一次谐波误差的缺点 ,最后得出了由回转误差引起的瞬时工作半径误差 .

高速主轴回转误差动态测试与分析

应用双向法设计测试系统,对主轴的回转误差进行动态测试。该系统由高精度标准棒、非接触位移传感器和LMS TEST.LAB采集器组成。阐述了回转误差的测试原理,针对机床主轴测试中标准棒的安装偏心问题,提出了有效解决方法,并进行了实验研究。

竖直轴系倾角回转误差的两种测试方法的比较

在某回转轴系上建立了一系列坐标系 ,通过坐标系之间的姿态关系分别推导了用水平仪测试法和自准直光管测试法测试主轴轴系倾角回转误差时水平仪和光管的读数表达式。根据水平仪和自准直光管读数中的各个误差组成部分和倾角回转误差在它们中的表达式的区别 ,得出了水平仪法能测试出主轴回转误差中的一次谐波成分 。

基于圆度评定方法的气浮轴系回转误差分析

大型气浮轴系相对于机械轴承具有较高的回转运动精度,主要应用于超精密测量和机械加工设备的回转主轴,以提供高精度的回转运动。大型气浮轴系回转运动精度高,但对回转误差的测量手段和方法较少,针对这一问题,采用基于圆度评定的方法对其分析,可以达到几十纳米的测量精度,满足了气浮轴系的精度要求。并且对偏心e和偏移d等参数对回转精度引起的误差进行了分析,通过数据分析发现:两种参数对气浮轴系回转精度的影响较大,偏移d对偏心e具有放大作用,所以得出:采用基于圆度评定方法的回转误差测量过程中还应该对这两项参数引入的误差进行分离,以保证对回转误差的更高精度的测量。

空气轴承径向回转误差测量精度建模与仿真

针对空气轴承回转误差的测量精度问题,基于三点法误差分离原理,建立了空气轴承回转误差测量系统中存在的各种测量误差传递数学模型;以测量误差传递函数作为目标函数,对传感器夹角布置进行了仿真优化;基于优化结果,模拟计算了传递到回转误差上的传感器读数随机误差、系统误差以及测头角位置误差大小;计算结果表明,选择适当的传感器夹角,可将传感器读数中的测量误差传递倍数控制在1.13左右,而测头角位置误差传递量可忽略;建立的测量误差传递模型及仿真计算结果可为相关主轴回转误差的测量精度评估提供一定参考。

用反向法测轴系回转误差

阐述了用反向法对高精度轴系回转误差测试的过程及测试的一些结果。对轴系各种测试方法作了简单介绍 ,重点介绍了“二元光学元件激光直接写入设备”轴系回转误差的测试过程。测得轴系的回转误差为 0 .0 1 8μm。对反向法测试原理、误差分离的数学方法及实际应用 ,进行了描述。总结了影响测量结果重复性的几个因素。测试结果证明 ,此方法简单实用、结果准确 。

机床主轴径向回转误差的测试与研究

给出了一种主轴回转误差动态测量的误差分离方法,提出了一套主轴回转精度的动态测试系统。该系统由位移测试单元、采样时钟单元、数据采集卡、通用计算机及数据处理软件组成。该系统用于电主轴回转精度的实际测量,取得了良好效果。

超精密空气静压主轴径向回转误差的测试研究

对超精密空气静压主轴回转误差测试过程中偏心的影响和作用原理进行了深入分析,指出了消除偏心时的一些误区,并提出了合适的偏心消除方法,设计了偏心调整装置,可使偏心调整到1μm以下;采用两点法对圆度误差和回转误差进行分离,并用该方法直接测量圆度仪主轴的回转误差,得到了很好的效果,验证了测量原理。