基于模糊穩(wěn)健設(shè)計的機床動態(tài)精度分析與反演方法研究

加工精度是數(shù)控機床追求的最終精度，如何經(jīng)濟地使數(shù)控機床加工精度控制在所追求的目標范圍內(nèi)，是提升我國高速高精度數(shù)控機床的技術(shù)水平、性能和質(zhì)量所面臨的關(guān)鍵性難題。本項目基于穩(wěn)健設(shè)計理念，主要開展了機床在可控因素幾何誤差影響下精度的正向建模分析與反演優(yōu)配問題。 針對由于缺乏實驗條件和先驗數(shù)據(jù)而無法應(yīng)用傳統(tǒng)穩(wěn)健設(shè)計的情況，基于公理設(shè)計獨立公理、泰勒級數(shù)展開近似以及矩陣微分預(yù)算和數(shù)理統(tǒng)計理論提出了一種分析性穩(wěn)健設(shè)計方法及優(yōu)化方案評價機制。通過對機床的幾何誤差多點次檢測與辨識，基于數(shù)理統(tǒng)計理論得到各幾何誤差源基本分布規(guī)律，建立了機床空間加工誤差的概率分布特征分析模型，以對工件合理裝卡以利用機床有效加工區(qū)域及機床電氣聯(lián)調(diào)提供指導(dǎo)與借鑒。針對如何確定零部件幾何誤差對加工精度的影響程度從而經(jīng)濟合理地分配機床零部件的幾何精度這一難題，建立了多軸數(shù)控機床誤差敏感度分析的數(shù)學(xué)模型，以有效識別出影響機床空間加工精度的關(guān)鍵性幾何誤差源。建立了基于制造-質(zhì)量損失成本的機床零部件尺寸公差優(yōu)化分配模型和基于零部件精度參數(shù)和機床空間誤差關(guān)系的優(yōu)化模型，提出了多軸機床幾何誤差反演與優(yōu)配方法，為實現(xiàn)機床幾何精度與制造成本的優(yōu)化平衡探索了一種新方法。針對重型機床橫梁等工作部件承受載荷大、變形大、載荷誤差占比高的特點，提出了一種載荷誤差的辨識及橫梁預(yù)變形起拱曲線優(yōu)化方法，并基于粒子群算法實現(xiàn)了橫梁起拱曲線優(yōu)化設(shè)計。初步進行了重型龍門五軸聯(lián)動機床（B/C擺角）數(shù)控加工指令修正的研究，提出了平移數(shù)控加工指令及回轉(zhuǎn)數(shù)控加工指令修正迭代求解算法，使加工軌跡在理想軌跡附近，以提高重型龍門五軸聯(lián)動機床的加工精度。在理論研究的基礎(chǔ)上，基于Visual C 開發(fā)了多軸機床精度穩(wěn)健性分析與優(yōu)配軟件工具，并結(jié)合精密機床和重型機床產(chǎn)品進行了分析驗證。 通過項目研究，發(fā)表SCI學(xué)術(shù)論文5篇、EI論文17篇、ISTP論文1篇，申請國家發(fā)明專利5項（其中授權(quán)1項），獲批軟件著作權(quán)1項，培養(yǎng)研究生9名。項目的研究不僅為機床的創(chuàng)新精度設(shè)計，更為現(xiàn)有數(shù)控機床的改造以提高其精度提供關(guān)鍵的解決途徑，對于提升我國高檔數(shù)控機床的加工性能，提高制造科學(xué)的研究水平，具有重要的理論與實際意義。 2100433B

加工精度是數(shù)控機床追求的最終精度，是衡量數(shù)控機床工作性能非常重要的指標，如何經(jīng)濟合理地將數(shù)控機床的加工精度控制在所追求的目標范圍內(nèi)，是提升我國高檔高精度數(shù)控機床的技術(shù)水平與性能質(zhì)量的一個難題。本項目研究機床在可控因素幾何誤差和不可控因素動態(tài)熱誤差綜合影響下動態(tài)精度的正向遞推分析與反演優(yōu)配問題；基于模糊穩(wěn)健設(shè)計方法，建立機床動態(tài)精度的模糊概率分析一般模型，探討機床動態(tài)精度對單項不確定性誤差源的靈敏度分析方法及其反向影響規(guī)律，建立機床動態(tài)精度的模糊穩(wěn)健優(yōu)配一般模型，并最終系統(tǒng)形成機床動態(tài)精度的模糊穩(wěn)健分析與反演的理論與方法；開發(fā)支持機床動態(tài)精度模糊穩(wěn)健設(shè)計與反演的軟件工具，并結(jié)合具體的產(chǎn)品進行實驗驗證。項目的研究為高檔精密數(shù)控機床的精度設(shè)計與精度反演及優(yōu)配、合理確定數(shù)控機床各環(huán)節(jié)的精度等級提供理論與方法支持，對我國高檔精密數(shù)控機床自主研發(fā)與技術(shù)創(chuàng)新具有重要的理論與實際意義。

全系統(tǒng)動態(tài)精度理論將系統(tǒng)總誤差“白化” ，可看作為動態(tài)測量精度理論研究的正向問題，在充分掌握其模型及其求解方法的基礎(chǔ)上，可從該理論的逆向來進行系統(tǒng)精度研究，從而提出一種新的思想----動態(tài)誤差淵源與精度損失診斷。

全系統(tǒng)動態(tài)精度理論摒棄了傳統(tǒng)動態(tài)精度理論傳遞函數(shù)之不足，它是建立在充分考慮動態(tài)測量系統(tǒng)內(nèi)部各單元及總體傳輸關(guān)系基礎(chǔ)上，從全面誤差分析入手，綜合動態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)誤差和系統(tǒng)內(nèi)外各種干擾因素對測量結(jié)果精度的影響，盡可能將傳統(tǒng)的對動態(tài)系統(tǒng)的“黑箱”處理方案“白化”或“灰化” ，建立單元誤差傳遞函數(shù)，并以此為基礎(chǔ)，根據(jù)總體傳輸網(wǎng)絡(luò)模型和各種干擾模型，給出動態(tài)測量系統(tǒng)總體誤差模型，由此可得到能反映實際情況的全系統(tǒng)動態(tài)測量精度。

模糊穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計是指在一般模糊優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)上，計入設(shè)計變量和噪聲的波動對模糊約束條件穩(wěn)健性影響的模糊優(yōu)化設(shè)計尋優(yōu)思想本文。

"模糊穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計" 英文對照

firm fuzzy optimal design; fuzzy robust optimum design;

"模糊穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計" 在學(xué)術(shù)文獻中的解釋

在一般模糊優(yōu)化設(shè)計的基礎(chǔ)上，計入設(shè)計變量和噪聲的波動對模糊約束條件穩(wěn)健性的影響，這種模糊優(yōu)化設(shè)計尋優(yōu)思想本文稱為模糊穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計。應(yīng)用前述模糊約束條件穩(wěn)健性控制準則，建立的模型就稱為模糊穩(wěn)健優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型。2100433B