基于加強(qiáng)樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的機(jī)床熱誤差補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種機(jī)床熱誤差補(bǔ)償方法，具體設(shè)及一種基于加強(qiáng)樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的 機(jī)床熱誤差補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在影響零件加工精度的因素中，機(jī)床熱誤差是影響加工精度的主要原因之一，在 精密機(jī)床加工中由于溫度變化造成的加工誤差可W占到60% -70%，因此有效地檢測(cè)出機(jī) 床熱誤差并對(duì)其補(bǔ)償，將可W大幅提高加工精度。
[0003] 現(xiàn)有的數(shù)控機(jī)床熱誤差建模和補(bǔ)償研究，主要集中于建立機(jī)床關(guān)鍵部件的溫度與 機(jī)床整體熱誤差的映射模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的準(zhǔn)靜態(tài)熱誤差進(jìn)行補(bǔ)償?shù)哪康?。然而，現(xiàn)有模型 較少考慮不同工況（主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、切削載荷、零件形狀等）對(duì)熱誤差的影響。最新 的研究表明采用不同的工況條件，即使在機(jī)床部件的溫度場(chǎng)分布相似的情況下，機(jī)床熱誤 差也產(chǎn)生明顯的變化。在工況時(shí)變性較強(qiáng)的實(shí)際加工應(yīng)用中，上述模型的精度和魯椿性都 很難滿足高速高精的現(xiàn)實(shí)加工需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可有效提高機(jī)床加工精度的基于加強(qiáng)樸素 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的機(jī)床熱誤差補(bǔ)償方法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是；基于加強(qiáng)樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的機(jī)床熱 誤差補(bǔ)償方法，包括下列步驟：
[0006] 步驟一，在機(jī)床上的熱關(guān)鍵點(diǎn)附近布置多個(gè)傳感器；
[0007] 步驟二，通過傳感器采集多組不同工況下的溫度信號(hào)，并抽取其中四分之一W上 的溫度信號(hào)作為模型的訓(xùn)練信號(hào)，將剩余溫度信號(hào)作為檢驗(yàn)信號(hào)；
[000引步驟S，構(gòu)造樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分類模型，并根據(jù)訓(xùn)練信號(hào)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)； 構(gòu)造樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分類模型的步驟為：
[0009] (1)、選取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，確定變量集；選擇熱關(guān)鍵點(diǎn)和工況類別作為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)， 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的取值對(duì)應(yīng)變量集G=找1，X2,…，X"，C}，其中，Xi是第i處熱關(guān)鍵點(diǎn)的溫 度信號(hào)值，i= (1，2,…，n)，n為熱關(guān)鍵點(diǎn)總數(shù)；(X。X,，…，X。）表示集合G中一組溫度信號(hào) 的實(shí)際值；C表示工況類別變量，Ck表示C的值，k= (1，2,…，m)，m為工況類別總數(shù)；
[0010] (2)、確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，根據(jù)變量之間存在的因果關(guān)系勾畫出從因變量到果變量之間 的連接；
[0011] (3)、確定局部概率分布；類Ck的后驗(yàn)概率可由W下公式計(jì)算得到：
[0012]
[001引公式（1)中，P(Ck|Xi，X2,…，X。）是類Ck的后驗(yàn)概率；P(Ck)是類Ck的先驗(yàn)概率；P(Xi, X2,…，xjck)是類Ck的似然度；P(x。X2,…，X。，Ck)是熱關(guān)鍵點(diǎn)節(jié)點(diǎn)和工況類別節(jié)點(diǎn)的 聯(lián)合概率；因?yàn)閜 (Ck I Xi，X,，…，X。）對(duì)各個(gè)工況類別都是常數(shù)，故有：
[0014] P(CkIX。X2,…，X。）P(X。X2,…，X。，Ck)公式（2)
[0015] 根據(jù)鏈規(guī)則得到熱關(guān)鍵點(diǎn)節(jié)點(diǎn)和工況類別節(jié)點(diǎn)的聯(lián)合概率為：
[0016]
公式（3)
[0017] 公式（3)中，31 (Xi)為節(jié)點(diǎn)Xi的父節(jié)點(diǎn)集合；
[001引步驟四，構(gòu)造BAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
[0019] (1)、樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分類模型根據(jù)后驗(yàn)概率最大的準(zhǔn)則進(jìn)行分類，即將類Ck賦 值為max{p(Ck|xi,X2,…，X。)};兩個(gè)熱關(guān)鍵點(diǎn)節(jié)點(diǎn)間的互信息定義為；
[002引公式（4)和公式妨中，X郝Xj.表示第i處和第j處熱關(guān)鍵點(diǎn)的溫度信號(hào)值；p(Xi) 表示Xi的滴；P (Xi，yi)表示Xi，X斯聯(lián)合滴；
[0024] 似、判斷Xi，Xj廝代表的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)是否條件獨(dú)立；設(shè)定闊值e，如果兩節(jié)點(diǎn)間的互 信息I化，Xj) <e，則Xi和XJ是邊緣獨(dú)立的姻果I(X。XjIC) <e，則X郝XJ是條件獨(dú) 立的；
[0025](3)、利用條件獨(dú)立性測(cè)試方法來確定BAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；
[0026] 步驟五，根據(jù)訓(xùn)練信號(hào)和BAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通過概率統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算得出條件概率 表；
[0027] 步驟六，由條件概率表和檢驗(yàn)信號(hào)完成分類；
[002引步驟走，通過上述分類可W將每組溫度送入到不同工況類別下建立的誤差模型， 從而得到機(jī)床熱誤差的預(yù)測(cè)值，并控制機(jī)床進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償調(diào)節(jié)。
[0029] 進(jìn)一步的是，所述熱關(guān)鍵點(diǎn)包括左軸承、右軸承、螺母、電機(jī)、導(dǎo)軌W及工作臺(tái)與Y 方向摩擦連接處。
[0030] 進(jìn)一步的是，步驟二中，每一工況類別下的溫度采集時(shí)，應(yīng)該等到機(jī)床部件完全冷 卻后再進(jìn)行采集。
[0031] 進(jìn)一步的是，步驟二中，通過傳感器每間隔兩分鐘進(jìn)行一次采集，每次采集50組 W上溫度信號(hào)，共采集200組W上溫度信號(hào)；在200組W上溫度信號(hào)中抽取50組W上作為 模型的訓(xùn)練信號(hào)，將剩余溫度信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào)。
[0032] 進(jìn)一步的是，步驟四中，確定BAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的過程為：
[0033] ①、建立草圖；根據(jù)公式（4)計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)間的互信息，在互信息大于e的 節(jié)點(diǎn)對(duì)間添加連接，畫出網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)草圖；
[0034] ②、添加或去掉連接邊；根據(jù)公式（5)計(jì)算出每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)間的條件互信息，并對(duì)每 個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)進(jìn)行條件獨(dú)立性分析，如果不滿足條件獨(dú)立則在節(jié)點(diǎn)對(duì)間增加連接邊，如果滿足 條件獨(dú)立則去掉節(jié)點(diǎn)對(duì)間的連接邊；
[0035] ⑨、最后，確定所有的連接邊的方向。
[0036] 本發(fā)明的有益效果是：
[0037] 1)、通過建立樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分類模型和BAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了具體工況下的 機(jī)床熱誤差預(yù)測(cè)，使得誤差預(yù)測(cè)更具精確性，確保了機(jī)床熱誤差補(bǔ)償?shù)木?，有效地提高機(jī) 床加工精度。
[003引2)、基于BAN的分類模型，相較于傳統(tǒng)的樸素貝葉斯和樹形貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分類模型 具有更好的健壯性和可靠性。
[0039] 3)、BAN網(wǎng)絡(luò)分類是一種機(jī)器學(xué)習(xí)方法，易于實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)。
【附圖說明】
[0040] 圖1是本發(fā)明的工作流程圖；
[0041] 圖2是構(gòu)造BAN的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的工作流程圖；
【具體實(shí)施方式】
[0042] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0043] 結(jié)合圖1所示，基于加強(qiáng)樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的機(jī)床熱誤差補(bǔ)償方法，包括下列步驟：
[0044] 步驟一，在機(jī)床上的熱關(guān)鍵點(diǎn)附近布置多個(gè)傳感器；通常在機(jī)床上設(shè)置多個(gè)溫度 傳感器和位置傳感器，布置在熱關(guān)鍵點(diǎn)附近的傳感器為溫度傳感器，傳感器的布置是本領(lǐng) 域技術(shù)人員所掌握的常規(guī)手段，溫度傳感器的布置位置一般W能夠準(zhǔn)確測(cè)量熱關(guān)鍵點(diǎn)的溫 度為準(zhǔn)；多個(gè)為兩個(gè)W上；熱關(guān)鍵點(diǎn)主要包括左軸承、右軸承、電機(jī)、導(dǎo)軌、工作臺(tái)與Y方向 摩擦連接處、機(jī)床床身、主軸前軸承、主軸后軸承、X軸螺母、Y軸螺母和Z軸螺母等等；熱 關(guān)鍵點(diǎn)可根據(jù)機(jī)床的類別進(jìn)行具體選取，當(dāng)應(yīng)用到其他類別機(jī)床時(shí)，可W增加其他熱關(guān)鍵 占. '?、、 ?
[0045] 步驟二，通過傳感器采集多組不同工況下的溫度信號(hào)，并抽取其中四分之一W上 的溫度信號(hào)作為模型的訓(xùn)練信號(hào)，將剩余溫度信號(hào)作為檢驗(yàn)信號(hào)；其中，多組通常指50組 W上；工況類別主要包括主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度、切削載荷、零件形狀等；每一工況類別下的 溫度采集時(shí)，應(yīng)該等到機(jī)床部件完全冷卻后再進(jìn)行采集；通常，通過傳感器每間隔兩分鐘進(jìn) 行一次采集，每次采集50組W上溫度信號(hào)，共采集200組W上溫度信號(hào)；在200組W上溫度 信號(hào)中抽取50組W上作為模型的訓(xùn)練信號(hào)，將剩余溫度信號(hào)作為檢測(cè)信號(hào)；
[0046] 步驟S，構(gòu)造樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分類模型，并根據(jù)訓(xùn)練信號(hào)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)； 構(gòu)造樸素貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分類模型的步驟為：
[0047] (1)、選取網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，確定變量集；選擇熱關(guān)鍵點(diǎn)和工況類別作為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)， 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的取值對(duì)應(yīng)變量集G=