基于綜合評(píng)價(jià)體系的五軸數(shù)控加工中心加工性能評(píng)價(jià)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(lái)越復(fù)雜，復(fù)雜曲面在零件中的應(yīng)用越來(lái)越多，因此對(duì)精工加工中心加工能力的要求也越來(lái)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(duì)加工中心的精度進(jìn)行檢測(cè)、評(píng)價(jià)，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(dòng)精度及加工精度等幾個(gè)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(cè)其精度，趙小松等則提出了測(cè)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(cè)量?jī)x，開發(fā)了十四線法測(cè)量精工加工中心的幾何誤差；運(yùn)動(dòng)精度是在空載、運(yùn)動(dòng)情況下由檢測(cè)儀器測(cè)得的精度。HOJAT等[4]利用激光干涉儀和球桿儀對(duì)直線和圓弧運(yùn)動(dòng)誤差進(jìn)行測(cè)量，研究進(jìn)給速度與滾珠絲杠的預(yù)緊力對(duì)圓周運(yùn)動(dòng)精度的影響，KERT等％_R-Test測(cè)量X、F、Z的圓形偏差，對(duì)反向間隙、垂直度以及定位誤差進(jìn)行了分析，并對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證；幾何精度和運(yùn)動(dòng)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(shí)際切削下的加工中心加工性能，對(duì)于加工精度的檢測(cè)，試件切削是重要的評(píng)判準(zhǔn)則。1965年，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)提出的NAS979試件其主要是針對(duì)早期的三軸精工加工中心的性能測(cè)試進(jìn)行設(shè)計(jì)的，缺少檢測(cè)精工加工中心曲面加工中的動(dòng)態(tài)特性的能力和對(duì)于多軸精工加工中心的加工性能測(cè)試的特性。歐洲的汽車制造廠商為了更進(jìn)一步測(cè)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(duì)特定型面的加工能力，由于其復(fù)雜性，不利于推廣。針對(duì)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(yàn)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(diǎn)關(guān)注了加工中心的動(dòng)態(tài)精度，現(xiàn)已申報(bào)成為ISO 10791-7的新草案。但是目前對(duì)上述試件都沒(méi)有相應(yīng)完整的測(cè)評(píng)規(guī)范，切削后如何評(píng)價(jià)、調(diào)整加工中心是更為實(shí)際的科學(xué)問(wèn)題。針對(duì)這一問(wèn)題，在運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法基礎(chǔ)上，通過(guò)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(yǔ)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(jí)；同時(shí)，根據(jù)多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果以及各級(jí)指標(biāo)的隸屬度值，逐層分析，最終確定出******的可能影響因素。對(duì)精工加工中心的性能測(cè)評(píng)和誤差溯源，在一定程度上為其科學(xué)評(píng)價(jià)和維修指導(dǎo)提供了依據(jù)。1綜合評(píng)價(jià)理論體系1.1綜合評(píng)價(jià)概述綜合評(píng)價(jià)(Comprehensive evaluation，CE)是指對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象所進(jìn)行的客觀、公正、合理的全面評(píng)價(jià)。一般綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題由4部分組成，即評(píng)價(jià)指標(biāo)集、評(píng)價(jià)等級(jí)集、權(quán)重系數(shù)、集結(jié)模型。各個(gè)組成部分之間信息相互流動(dòng)、組合，演繹一個(gè)主客觀信息集成的復(fù)雜的綜合評(píng)價(jià)過(guò)程。⑴評(píng)價(jià)指標(biāo)集。評(píng)價(jià)指標(biāo)集即是把總得評(píng)價(jià)目標(biāo)分解為各個(gè)指標(biāo)的集合，以便分層逐步評(píng)價(jià)。在實(shí)際的綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題中，要選取合適的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并非是評(píng)價(jià)指標(biāo)越多越好，但也不是越少越好，關(guān)鍵在于評(píng)價(jià)指標(biāo)在評(píng)價(jià)中所起作用的大小。(2) 評(píng)價(jià)等級(jí)集。評(píng)價(jià)等級(jí)集表示對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)集劃分等級(jí)的集合，是評(píng)價(jià)人員對(duì)各層次評(píng)價(jià)指標(biāo)所給出的評(píng)語(yǔ)集合，對(duì)于不同的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其評(píng)語(yǔ)等級(jí)所表示的含義不盡相同。利用自然語(yǔ)言{優(yōu)，良，中，差，很差}來(lái)代表評(píng)價(jià)指標(biāo)的五個(gè)等級(jí)，通過(guò)隸屬度函數(shù)來(lái)量化不同的評(píng)價(jià)等級(jí)。(3) 權(quán)重系數(shù)。采用組合賦權(quán)的方法來(lái)進(jìn)行權(quán)重的計(jì)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(lái)，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(wú)需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，計(jì)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(lái)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(qǐng)刷新或轉(zhuǎn)換瀏覽器嘗試！結(jié)束語(yǔ)：(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(píng)價(jià)方法，依據(jù)多級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)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(píng)價(jià)模型。(2)對(duì)精工加工中心各個(gè)軸的位置增益、反向間隙等參數(shù)進(jìn)行仿真，通過(guò)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(duì)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(diǎn)表現(xiàn)區(qū)域的分布。(3) 通過(guò)一系列的仿真及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)，選取了適合本文的嶺形函數(shù)作為隸屬度函數(shù)，同時(shí)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(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)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(lái)，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(guò)綜合評(píng)價(jià),得到加工中心的加工精度等級(jí)，分析評(píng)價(jià)結(jié)果，可以對(duì)不理想的評(píng)價(jià)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(guò)調(diào)節(jié)加工中心相應(yīng)參數(shù)，來(lái)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)通用計(jì)算分析軟件，可以方便、快速、有效的對(duì)加工中心的加工性能做出評(píng)價(jià)，同時(shí)也便于推廣應(yīng)用。