吉林大学学报(工学版) ›› 2024, Vol. 54 ›› Issue (8): 2149-2155.doi: 10.13229/j.cnki.jdxbgxb.20221359

• 车辆工程·机械工程 • 上一篇    下一篇

基于主成分回归的进给轴热膨胀误差建模

蒋林1,2(),李国龙1(),王时龙1,徐凯3,李喆裕1   

  1. 1.重庆大学 机械与运载工程学院,重庆 400044 2. 重庆机床(集团)有限责任公司,重庆 401300
    3.重庆理工大学 机械工程学院,重庆 400054
  • 收稿日期:2022-10-24 出版日期:2024-08-01 发布日期:2024-08-30
  • 通讯作者: 李国龙 E-mail:jianglin@chmti.com;glli@cqu.edu.cn
  • 作者简介:蒋林(1971-),男,高级工程师,博士. 研究方向:精密制造技术与装备. E-mail: jianglin@chmti.com
  • 基金资助:
    国家重点研发计划项目(2020YFE0201000)

Thermal expansion error modeling of feed axis based on principal component regression

Lin JIANG1,2(),Guo-long LI1(),Shi-long WANG1,Kai XU3,Zhe-yu LI1   

  1. 1.College of Mechanical and Vehicle Engineering,Chongqing University,Chongqing 400044,China
    2.Chongqing Machine Tool (group) Co. ,Ltd. ,Chongqing,401300
    3.College of Mechanical Engineering,Chongqing University of Techology,Chongqing 400054,China
  • Received:2022-10-24 Online:2024-08-01 Published:2024-08-30
  • Contact: Guo-long LI E-mail:jianglin@chmti.com;glli@cqu.edu.cn

摘要:

为进一步提高磨齿机进给轴热误差模型的预测精度,本文提出了基于主成分回归的进给轴热膨胀误差建模方法。通过线性拟合对进给轴定位误差解耦得到热膨胀斜率参数,消除进给轴热膨胀误差的位置相关性,并基于主成分回归算法建立了热膨胀斜率参数与全部测点温度的回归模型。区别于传统方法,主成分回归模型无须进行额外的温度敏感点筛选,分组实验预测结果的均方根误差均值和标准差可达到2.0 μm/m、0.9 μm/m,具有更高的精度和稳定性。

关键词: 机械工程, 进给轴, 热膨胀, 主成分, 斜率参数

Abstract:

To further improve the prediction accuracy of the thermal error model of the feed axis of the gear grinding machine, a thermal expansion modeling method of the feed axis based on principal component regression is proposed in this paper. The slope parameter of thermal expansion is obtained by decoupling the positioning error of the feed axis through a linear fitting, which eliminates the position correlation between the thermal expansion error and the position of feed axis. The regression model between the thermal expansion slope and all the temperature points is established using the principal component regression algorithm. Different from the traditional methods, the principal component regression model does not need additional screening of temperature sensitive points, and the mean value and standard deviation of the root means square errors of the prediction results can reach 2.0 μm/m、0.9 μm/m, which has higher accuracy and stability than conventional methods.

Key words: mechanical engineering, feed axis, thermal expansion, principal components, slope parameter

中图分类号: 

  • TH161

图1

基于温度敏感点筛选的热误差建模流程"

图2

X轴线性定位误差的测量"

图3

传感器安装位置"

图4

实验一中测点温度变化"

图5

X轴线性定位误差的拟合结果"

图6

X轴热膨胀斜率变化曲线"

图7

实验四的热膨胀斜率预测结果"

图8

实验四的热膨胀斜率预测残差"

表1

实验四预测结果的精度指标 (μm/m)"

方法RMSEMAE最大残差
FCM-MLR4.54.36.8
FCM-SVR4.03.76.0
PCR1.71.52.8

表2

建模组与预测组设置"

建模组预测组
#1实验二、三、四实验一
#2实验一、三、四实验二
#3实验一、二、四实验三
#4实验一、二、三实验四

表3

温度敏感点选择结果"

预测聚类数
234
#1{T6, T11}{T1, T11, T12}{T1, T9, T11, T12}
#2{T11, T12}{T5, T6, T12}{T5, T6, T9, T12}
#3{T6, T11}{T1, T11, T12}{T1, T9, T11, T12}
#4{T6, T12}{T1, T6, T12}{T1, T6, T7, T12}

表4

预测结果的RMSE"

聚类数2聚类数3聚类数4PCR
FCM-MLRFCM-SVRFCM-MLRFCM-SVRFCM-MLRFCM-SVR
#16.71.60.71.20.71.31.3
#24.45.25.05.31.75.83.4
#312.62.87.35.37.73.01.8
#49.93.84.54.02.84.61.7
均值8.43.44.44.03.23.72.0
标准差3.61.52.71.93.12.00.9
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