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前言：

隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高，對CNC加工中心加丁穩(wěn)定性的要求也越來越高'影響CNC加工中心加丁穩(wěn)定性的因素有很多，其中最主要的因素是CNC加工中心的動態(tài)誤差特性CNC加工中心的動態(tài)誤差特性是由其自身各個零件的精度共同決定的w。數(shù)控加工中心的主軸是直接進(jìn)行切削加丁的部位，是影響CNC加工中心穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素' 為了增加CNC加工中心加丁丁件時的穩(wěn)定性，減少加T誤差，需要對CNC加工中心載荷的穩(wěn)定性進(jìn)行準(zhǔn)確估計¹\CNC加工中心載荷穩(wěn)定性的估計問題，也成為近些年來國內(nèi)外的研究熱點，受到了越來越多人們的關(guān)注夂當(dāng)前階段，主要的CNC加工中心載荷穩(wěn)定性估計方法主要由：基于PID的CNC加工中心載荷穩(wěn)定性估計方法'基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的CNC加工中心載荷穩(wěn)定性估計方法^[81和基于T-S模型的CNC加工中心載荷穩(wěn)定性估計方法。其中最常用的方法是基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的CNC加工中心載荷穩(wěn)定性估計方法[⁹1。由于CNC加工中心載荷穩(wěn)定性估計方法能夠為提高CNC加工中心載荷的穩(wěn)定性提供理論依據(jù)，可以有效提高加丁.精度，降低次品率，因此，該課題已經(jīng)成為機(jī)床加T.領(lǐng)域中的一個研究熱點，并已成為很多學(xué)者研究的重點課題

利用傳統(tǒng)算法進(jìn)行CNC加工中心載荷穩(wěn)定性估計的過程中，需要建立精確的數(shù)學(xué)模型，且對于初始參數(shù)的設(shè)置過于敏感，難以獲得精確的穩(wěn)定性估計結(jié)果。

針對上述傳統(tǒng)算法存在的不足，提出一種基于碰撞概率的CNC加工中心載荷穩(wěn)定性估計方法。對CNC加工中心切削的軌跡進(jìn)行建模，提取刀具運行軌跡的特征點，利用剪枝法對聚類樹進(jìn)行剪枝處理，獲得刀具運行軌跡的尺度特征，并依此為依據(jù)，利用蒙特卡洛對刀具與T件的碰撞概率進(jìn)行仿真，計算不同運行軌跡中發(fā)生碰撞的概率。仿真實驗結(jié)果表明了改進(jìn)算法在CNC加工中心穩(wěn)定性分析方面的有效性。

1CNC加工中心載荷切削的軌跡建模

CNC加工中心在對零件進(jìn)行切削加丁.時，加丁的軌跡是受控制信號控制的，因此服從一定的分布特征。通過對刀具運行軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析，并采用聚類算法，能夠獲得CNC加工中心刀具加丁的軌跡特征。具體方法如下：

1.1刀具運行軌跡數(shù)據(jù)的預(yù)處理

由于CNC加工中心自身的系統(tǒng)誤差、以及控制信號的干擾等因素，數(shù)量龐大的刀具運行軌跡數(shù)據(jù)就會存在著冗余、丟失等異常情況。因此，需要對刀具運行軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。

1 • 1.1刀具運行軌跡的選取

對刀具運行軌跡的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和篩選，所選取的刀具運行軌跡數(shù)據(jù)應(yīng)該能夠前完全反映出CNC加工中心進(jìn)行丁件加丁.時的軌跡特征。道具切削丁.件時的運行軌跡如下圖1所示。

1 • 1.2刀具運行軌跡異常點的刪除

每一條刀具軌跡數(shù)據(jù)都要進(jìn)行分析，由于異常點與正常的刀具運行軌跡存在著較大的差異，對刀具運行軌跡的聚類效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響，因此需要將軌跡中的異常點進(jìn)行刪除。

1.1.3選取刀具運行軌跡的特征點

為了提高效率，采用CNC加工中心刀具運軌跡的特征點進(jìn)行計算，以實現(xiàn)CNC加工中心在加丁丁件時載荷的穩(wěn)定性估計。文中選取的刀具運行軌跡的特征點為在某一個時間間隔內(nèi)刀具軌跡的方法存在明顯變化的軌跡點。

1.2刀具運行軌跡的聚類分析1.2.1刀具運行軌跡的聚類

以CNC加工中心刀具的實際運行軌跡的特征分析為基礎(chǔ)，構(gòu)建基于刀具運行軌跡間相似性的評價模型。并采用聚類的方法對刀具運行軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，從而實現(xiàn)了CNC加工中心刀具運行軌跡的聚類，具體方法如下：

(1)在建立刀具運行軌跡間相似性的評價模型是，需要結(jié)合刀具運行軌跡的數(shù)據(jù)特征，對運行軌跡點進(jìn)行對比，構(gòu)建基于歐氏距離的刀具運行軌跡相似度的評價模型，得到兩條刀具運行軌跡的相似度參數(shù)。利用上述模型對每一對刀具運行軌跡進(jìn)行計算時，需要同時選取兩條運行軌跡中距離最近的點進(jìn)行計算，以獲得兩條運行軌跡之間的最短距離，如下圖2所示：

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結(jié)束語：

隨著刀具切削速度的不斷提高，在刀具的切削軌跡內(nèi)，不穩(wěn)定區(qū)域的面積逐漸增加，這表明為了提高CNC加工中心切削的穩(wěn)定性，需要控制丁件的切削速度。通過對實驗結(jié)果能夠分析可知，改進(jìn)算法能夠?qū)NC加工中心切削丁件時的刀具發(fā)生的概率進(jìn)行準(zhǔn)確計算和分析，從而實現(xiàn)CNC加工中心載荷穩(wěn)定性的準(zhǔn)確估計。

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面向碰撞概率設(shè)計的CNC加工中心載荷穩(wěn)定性估計

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