贝叶斯网络在机床热误差动态补偿建模中的应用

摘要

数控机床热误差补偿技术是实现机床动态精度控制的共性问题,其难点在于建模与实时补偿,本文基于贝叶斯网络理论,提出针对机床加工过程中热误差动态建模方法,对机床热误差实时补偿的控制需求,提出了解决方案,以较低的经济成本实现机床的热误差动态补偿,并在数控机床加工过程中进行验证。
　　文中以产生热误差的各种因素之间的相关性描述为基础,以贝叶斯网络方法为理论依据,在实际测量数据的驱动下对各因素间的内在关联进行分析和优化,建立机床热误差补偿的动态模型,并利用贝叶斯网络良好的自学习特性,结合数据采集及时更新,可以不断对模型进行修正,以反映机床加工过程中工况的变化。最后,通过实验验证了贝叶斯网络模型的可行性,并提出了基于单片机的机床热误差补偿控制模块的设想,在数控机床的热误差实时补偿中体现出较强的应用价值。
　　主要研究内容如下:
　　(1)分析导致机床热变形的各因素之间的关系,并运用贝叶斯网络理论,分析了构建机床热误差贝叶斯网络模型的流程,着重分析了如何将贝叶斯网络应用于机床热误差建模,结合实验,给出了XHS7145立式加工中心基于贝叶斯网络方法的热误差模型,及该模型的学习过程和预测。
　　(2)开发相关实验设备并进行机床热误差数据采集实验。开发了基于单片机的温度采集系统,在XHS7145立式加工中心上搭建实验平台,设计实验方案,然后进行数据采集实验,通过温度和位置采集系统获得建立热误差模型所需要的样本。
　　(3)对温度变量进行组合优化并,预处理获得的实验数据,根据实验数据,采用贝叶斯网络建立机床热误差模型,通过与最小二乘法建立的机床热误差模型比较,验证了该模型的可行性优势。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1课题的来源、研究目的和意义

1.2机床热误差国内外研究现状和发展趋势

1.3 论文的主要研究内容

2 贝叶斯网络在机床热误差建模中的应用

2.1 基于贝叶斯网络热误差动态建模的理论基础

2.2 机床热误差贝叶斯网络模型的构建

2.3 建立机床热误差贝叶斯网络模型

2.4 机床热误差贝叶斯网络模型的学习

2.5 机床热误差贝叶斯网络模型的推理和预测

2.6 机床热误差贝叶斯网络模型的特点

2.7 本章小结

3 机床热误差采集实验系统

3.1温度采集系统

3.2位置采集系统

3.3 实验方案

3.6 本章小结

4 基于贝叶斯网络的机床热误差建模方法的实现

4.1 节点的选取及节点变量域的确定

4.2 贝叶斯网络方法在机床热误差建模中的实现

4.3 贝叶斯网络的机床热误差补偿结果分析

4.4 机床热误差模型的动态修正

4.5 温度采集模块在华中数控系统中的应用

4.6 温度采集模块应用于其它数控系统的设想

4.7 本章小结

5 总结与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的学术论文