【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及數控機床控制，特別是涉及一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法。
技術介紹
1、隨著制造業的高速發展和精密零部件生產需求的快速增長，對數控機床的加工精度提出了更高的要求。然而，傳統加工技術無法全面考慮運動軸制造裝配誤差、主軸熱變形、刀具磨損等動靜態誤差對加工精度的影響，缺乏對數控機床加工單元、在制品等實時變化過程的分析和挖掘，影響產品質量。因此，如何借助先進技術手段實現數控機床加工精度的實時控制，成為了當前制造領域亟待解決的關鍵問題。
2、作為一種新興的先進制造理念和技術手段，數字孿生技術為解決數控機床加工精度保持難題提供了全新思路：建立數控機床的高保真數字孿生模型，集成多場景感知信息用于數控機床及在制品演化過程的實時推演，動態控制數控機床加工精度以滿足產品質量要求。現階段圍繞數字孿生建模、場景感知信息集成以及加工過程誤差預測涌現了大批的研究工作。然而，現有研究仍面臨一些挑戰：（1）數控機床數字孿生建模方面：缺少對數控機床運動軸制造裝配誤差的考慮，使得數控機床加工過程的數字孿生高保真映射變得困難；（2）場景感知信息集成方面：大多關注于制造過程數據，缺少對于與數控機床加工過程相關的設計數據、產品質量數據、仿真分析數據等的集成；（3）加工誤差預測方面：未綜合考慮數控機床加工過程的動靜態誤差，難以準確在線推演在制品的加工質量。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，可實現數控機床加工過程的數字
2、為實現上述目的，本專利技術提供了如下方案：
3、一方面，本專利技術提供了一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，包括以下步驟：
4、基于數控機床的零部件的特征信息以及零部件之間的位置約束關系，根據各個零部件的設計模型對數控機床的各個組件進行三維建模，得到重建后的數控機床模型；特征信息包括形狀尺寸、形貌特征以及裝配信息；組件包括多個零部件。
5、根據與加工路徑關聯的刀具軌跡誤差，對重建后的數控機床模型進行輕量化處理，生成輕量化處理后的數控機床幾何模型；刀具軌跡誤差為通過構建數控機床正向運動鏈，建立數控機床各運動軸相對于刀具的齊次變換矩陣，并確定各運動軸由于制造裝配誤差引起的靜態幾何誤差，將各運動軸的靜態幾何誤差與經由齊次變換得到的微分運動矩陣相融合得到的誤差。
6、根據數控機床各子系統的功能特點和領域耦合關系，描述不同領域的子系統機理模型之間的交互信息，構建得到數控機床機理模型；數控機床的子系統包括機械子系統、電氣子系統、伺服控制子系統以及熱力學子系統。
7、對輕量化處理后的數控機床幾何模型和數控機床機理模型涵蓋的物理結構和軟件控制進行混合功能語義建模，從而在虛擬空間中構建得到了數控機床數字孿生本征模型。
8、收集與加工相關的多場景數據，在數據空間對多場景數據進行解析和標準化處理，構建得到能夠整合數控機床加工全過程信息的信息集成模型，并通過數據發布/訂閱插件為虛擬空間提供實時的數據服務。
9、利用信息集成模型分析加工過程的靜態誤差和動態誤差，在虛擬空間中實時準確表征數控機床的動態演化過程并反映到在制品上，基于虛擬空間中的虛擬質量測量結果和實際產品質量要求，反饋補償控制物理空間的數控機床的刀具加工軌跡，動態控制數控機床加工精度以滿足產品質量要求。
10、本專利技術公開了以下技術效果：
11、本專利技術提供了一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，包括以下步驟：分別構建數控機床幾何模型和機理模型，并對幾何模型和機理模型涵蓋的物理結構和軟件控制進行混合功能語義建模，從而在虛擬空間中構建得到了數控機床數字孿生本征模型；之后收集與加工相關的多場景數據，在數據空間對其解析和標準化后，構建得到能夠整合數控機床加工全過程信息的信息集成模型，并通過數據發布/訂閱插件為虛擬空間提供實時的數據服務；分析加工過程的靜態誤差和動態誤差，在虛擬空間中實時準確表征數控機床的動態演化過程并反映到在制品上，基于虛擬空間中的虛擬質量測量結果和實際產品質量要求，反饋補償控制物理空間的數控機床的刀具加工軌跡，動態控制數控機床加工精度以滿足產品質量要求。本專利技術在構建數控機床幾何模型時，考慮了數控機床運動軸制造裝配誤差，實現了對數控機床加工過程的數字孿生高保真映射；進而在構建得到數字孿生本征模型后，通過對收集的多場景數據進行解析，構建得到能夠整合數控機床加工全過程信息的信息集成模型，填補了現有技術關于場景感知信息不全面的不足；進一步的，在同步演化過程中，綜合考慮數控機床加工過程的動靜態誤差，能夠準確在線推演在制品的加工質量，并據此動態控制數控機床加工精度以滿足產品質量要求。
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1.一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，構建數控機床正向運動鏈，建立數控機床各運動軸相對于刀具的齊次變換矩陣，并確定各運動軸由于制造裝配誤差引起的靜態幾何誤差，將各運動軸的靜態幾何誤差與經由齊次變換得到的微分運動矩陣相融合，具體包括：
3.根據權利要求2所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，工作臺w相對于刀具g的齊次變換矩陣為：
4.根據權利要求3所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，刀具軌跡誤差可通過下式表示：
5.根據權利要求1所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，根據數控機床各子系統的功能特點和領域耦合關系，描述不同領域的子系統機理模型之間的交互信息，構建得到數控機床機理模型，具體包括：
6.根據權利要求1所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，對輕量化處理
7.根據權利要求1所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，所述多場景數據包括設計數據、加工過程數據、產品質量數據和仿真分析數據；所述設計數據用于在虛擬空間孿生環境高保真重現數控機床及其加工過程的所有相關數據，包括加工工藝規劃數據、工件屬性數據及基本的設備屬性數據；所述加工過程數據包括數控機床運行數據、多源傳感數據以及手工文本數據；所述產品質量數據包括加工完成的產品的屬性數據，包括尺寸、形狀及位置；所述仿真分析數據包括數控機床數字孿生本征模型運行階段產生的仿真數據和分析數據；
8.根據權利要求7所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，所述信息集成模型包括加工產品類、數控機床類、信息資源類以及工藝過程類；所述加工產品類由工件尺寸及材料信息指定；所述數控機床類包括校準數據和運動軸數據；所述信息資源類包括夾具夾持量和數控系統代碼；所述工藝過程類包括數控機床運行數據、多源傳感數據以及手工文本數據。
9.根據權利要求1所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，利用所述信息集成模型分析加工過程的靜態誤差和動態誤差，在虛擬空間中實時準確表征數控機床的動態演化過程并反映到在制品上，基于虛擬空間中的虛擬質量測量結果和實際產品質量要求，反饋補償控制物理空間的數控機床的刀具加工軌跡，動態控制數控機床加工精度以滿足產品質量要求，具體包括：
10.根據權利要求9所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，所述主軸受熱膨脹誤差和刀具磨損誤差為利用基于粒子群優化算法的時間卷積網絡模型預測得到的；其中，粒子群優化算法用于優化時間卷積網絡模型的超參數，包括濾波器數量和卷積核大小；以主軸附近溫度傳感數據作為時間卷積網絡模型的輸入，預測得到主軸受熱膨脹誤差；以聲發射數據、振動數據以及電機電流數據作為時間卷積網絡模型的輸入，預測得到的刀具磨損誤差。
...【技術特征摘要】
1.一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，構建數控機床正向運動鏈，建立數控機床各運動軸相對于刀具的齊次變換矩陣，并確定各運動軸由于制造裝配誤差引起的靜態幾何誤差，將各運動軸的靜態幾何誤差與經由齊次變換得到的微分運動矩陣相融合，具體包括：
3.根據權利要求2所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，工作臺w相對于刀具g的齊次變換矩陣為：
4.根據權利要求3所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，刀具軌跡誤差可通過下式表示：
5.根據權利要求1所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，根據數控機床各子系統的功能特點和領域耦合關系，描述不同領域的子系統機理模型之間的交互信息，構建得到數控機床機理模型，具體包括：
6.根據權利要求1所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，對輕量化處理后的數控機床幾何模型和所述數控機床機理模型涵蓋的物理結構和軟件控制進行混合功能語義建模，從而在虛擬空間中構建得到了數控機床數字孿生本征模型，具體包括：
7.根據權利要求1所述的一種關聯動靜態誤差的數控機床數字孿生同步演化控制方法，其特征在于，所述多場景數據包括設計數據、加工過程數據、產品質量數據和仿真分析數據；所述設計數據用于在虛擬空間孿生環境高保真重現數控機床及其加工過程的所有相關數據，包括加工工藝規劃數據、工件...
【專利技術屬性】
技術研發人員：撒國棟，孫嘉誠，蔣正揚，劉振宇，毛皓陽，譚建榮，
申請(專利權)人：浙江大學，
類型：發明
國別省市：
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