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基于贝叶斯神经网络的机床热误差建模

王子涵 杨秀芝 段现银 蒋宇辉 王兴东

王子涵, 杨秀芝, 段现银, 蒋宇辉, 王兴东. 基于贝叶斯神经网络的机床热误差建模[J]. 制造技术与机床, 2022, (1): 141-145. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.01.026
引用本文: 王子涵, 杨秀芝, 段现银, 蒋宇辉, 王兴东. 基于贝叶斯神经网络的机床热误差建模[J]. 制造技术与机床, 2022, (1): 141-145. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.01.026
WANG Zihan, YANG Xiuzhi, DUAN Xianyin, JIANG Yuhui, WANG Xingdong. Research on thermal error modeling of machine tool based on bayesian neural network[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (1): 141-145. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.01.026
Citation: WANG Zihan, YANG Xiuzhi, DUAN Xianyin, JIANG Yuhui, WANG Xingdong. Research on thermal error modeling of machine tool based on bayesian neural network[J]. Manufacturing Technology & Machine Tool, 2022, (1): 141-145. doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.01.026

基于贝叶斯神经网络的机床热误差建模

doi: 10.19287/j.cnki.1005-2402.2022.01.026
基金项目: 

国家自然科学基金资助项目 51875418

武汉科技大学国防预研基金 GF201906

国家重点研发项目 2017YFB1300502

详细信息
    作者简介:

    王子涵,男,1996年生,硕士研究生,主要从事机械设计及装置、机械控制方面的学习与研究工作

    通讯作者:

    杨秀芝,女,1974年生,博士,副教授,主要从事机械设计与机床、3D打印材料及设备制造、材料成型及控制方面的教学与研究

  • 中图分类号: TP202

Research on thermal error modeling of machine tool based on bayesian neural network

  • 摘要: 热误差严重影响着机床的加工精度,对机床关键部件进行热特性分析是开发精密机床的重要环节。通过测量包括数控机床的特殊位置温度和定位误差在内的热特性,研究了温升与定位误差之间的关系,提出了一种基于贝叶斯神经网络的热误差建模方法。通过K-means聚类和相关系数法来选择温度敏感点,可以有效地抑制温度测量点之间的多重共线性问题。结果表明:通过使用贝叶斯神经网络能提高机床88.015 9%的精度,比BP神经网络高出15.763 8%,与BP神经网络模型相比,贝叶斯神经网络具有更加优良预测性能。贝叶斯神经网络模型为降低机床热误差的影响提供了新思路。

     

  • 图  1  普通BP神经网络

    图  2  贝叶斯神经网络

    图  3   

    图  4  温度和热误差变化

    图  5  模型拟合性能分析

    图  6  模型泛化能力分析

    表  1  各温度传感器具体位置

    位置 传感器
    主轴电机 T1
    主轴轴承 T2
    X轴导轨滑块 T3
    Y轴导轨滑块 T4
    Z轴导轨滑块 T5
    X轴丝杠螺母 T6
    Z轴丝杠螺母 T7
    Y轴丝杠螺母 T8
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    表  2  K-means聚类结果

    簇数 温度变量T
    3 {1}, {2,5,7}, {3,4,6,8}
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    表  3  温度变量相关系数

    温度传感器 相关系数
    T1 0.917 8
    T2 0.834 2
    T3 0.726 9
    T4 0.699 7
    T5 0.892 1
    T6 0.775 8
    T7 0.814 5
    T8 0.763 7
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    表  4  模型性能指标

    模型 ΔEmax/μm ΔE/μm MSE/μm η
    BP 1.430 1 0.644 3 0.592 7 89.292 1%
    BNN 1.732 8 0.474 5 0.400 4 91.269 6%
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    表  5  模型性能指标

    模型 ΔEmax/μm ΔE/μm MSE/μm η
    BP 2.297 1 1.266 6 2.100 4 72.252 1%
    BNN 1.473 9 0.705 2 0.625 1 88.015 9%
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  • 收稿日期:  2021-05-17
  • 网络出版日期:  2022-03-07

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