[发明专利]一种考虑表面形貌的精密主轴性能数字孪生体构建方法

说明书

本发明公开了一种考虑表面形貌的精密主轴性能数字孪生体构建方法，包括：确定表面形貌参数及零件相对位置参数并确定其上下限，生成嵌套的样本点，建立带有表面形貌的精密主轴高精度和低精度仿真模型并获得样本点的仿真结果，利用仿真样本数据构建Kriging代理模型，获取多组精密主轴的实测数据，利用测量数据与仿真数据的差值构建Kriging代理模型，构建Co‑Kriging代理模型并对其精度进行评价，若不满足精度要求则通过加点准则进行加点，更新代理模型，直至模型精度满足要求，考虑表面形貌的精密主轴性能数字孪生体构建完成。本发明通过代理模型构建了精密主轴性能数字孪生体，同时考虑了表面形貌与实测数据，实现了对主轴回转精度准确、快速、高效地预测。

技术领域

本发明属于数字孪生领域，具体为一种考虑表面形貌的精密主轴性能数字孪生体构建方法。

背景技术

高端数控机床是现代先进制造业重要的一部分，被誉为“工业母机”。而精密主轴作为机床的核心部件，其回转精度是影响机床加工精度的关键因素，因此，对精密主轴回转精度进行预测是必不可少的。对精密主轴回转精度预测就是建立主轴零件精度与回转精度之间的联系，传统的主轴回转精度预测方法主要是几何建模方法和有限元建模方法。几何建模方法利用小位移旋量理论对零件形位误差进行表征，并假设零件为刚体，这种方法未充分考虑零件的表面形貌和变形，对精密主轴回转精度预测精度不高。而利用有限元方法对主轴回转精度进行仿真分析，所划分单元尺寸较小时，能得到较高的仿真精度，但随之而来的是巨大的时间成本。因此，需要一种准确、快速、高效的主轴回转精度预测方法。

发明内容

本发明的目的在于针对目前主轴性能预测无法同时满足准确、快速、高效的要求，提供了一种考虑表面形貌的精密主轴性能数字孪生体构建方法。

本发明采用如下技术方案：

一种考虑表面形貌的精密主轴性能数字孪生体构建方法，包括以下步骤：

步骤1：确定表面形貌参数及零件相对位置参数，根据所选参数确定其上下限；

步骤2：在参数范围内生成嵌套的高低精度模型的样本点；

步骤3：建立带有表面形貌的精密主轴高精度和低精度有限元仿真模型；

步骤4：将步骤2所述嵌套的高低精度模型的样本点分别输入到步骤3所述精密主轴高精度和低精度有限元仿真模型中，得到样本点的高精度和低精度仿真结果；

步骤5：利用标度函数建立高精度和低精度样本数据之间的联系，将低精度样本数据转换为近似的高精度样本数据，将转换后的样本数据称为仿真样本数据；

步骤6：利用仿真样本数据构建Kriging代理模型；

步骤7：获取多组精密主轴表面点云数据；

步骤8：利用步骤7所述表面点云数据对零件表面误差重构，获得表面形貌参数；

步骤9：获得零件相对位置参数；

步骤10：获得精密主轴回转轨迹；

步骤11：利用测量样本数据与仿真样本数据的差值构建Kriging代理模型；

步骤12：利用步骤6与步骤11所述代理模型构建Co-Kriging代理模型；

步骤13：对Co-Kriging代理模型进行精度评价，若模型精度满足设计要求，则考虑表面形貌的精密主轴性能数字孪生体构建完成，若不满足精度要求，则进行步骤14和步骤15；

步骤14：通过加点策略产生空间中的新增样本点；