PLC机械一体化数控机床误差补偿模型设计

目前使用的数控机床多为三轴数控机床,机床内部零件愈加复杂,每个零件都会对数控机床原位检测精度产生影响。为加快机器的工作效率,研究了机床系统的主要误差来源,分别为机床几何误差、测头预行程误差和测头半径误差,在分析误差来源的基础上借助PLC机械一体化技术设计了数控机床误差补偿模型,通过激光测试仪测量出三个轴向的各个误差量和补偿量。研究证明给出的数控机床误差补偿模型能够有效改善机床误差,提高机械的精密程度,具有极好的应用前景。     

复杂曲面零件加工精度原位检测系统的残余误差补偿

复杂曲面零件数控加工后直接进行原位加工精度检测和误差补偿,是实现精密产品闭环制造模式的有效途径。原位检测系统的误差来源于测量系统误差和机床运动系统误差,经相关的误差分离与误差补偿后,仍存在较大的残余误差,影响检测精度及其推广应用。针对原位检测系统的检测精度问题,开展检测系统残余误差的回归建模与补偿研究,在机床几何误差、测头半径误差以及预行程等基本误差补偿的基础上,建立基于偏最小二乘回归分析算法的误差回归模型,实现曲面零件测点法矢方向的检测数据二次补偿。在算法实现的基础上,列举复杂曲面零件进行数控加工与在线检测的试验研究。试验结果表明,二次误差补偿方法可以进一步提高原位检测系统的检测精度。     

接触式轴孔内径在线测量中测头系统误差分析

为提高轴孔内径在线测量精度,分析了接触式测量过程中,测头半径误差与测头预行程误差对测量结果的影响以及其补偿方法。针对测量过程中测头半径误差,通过计算被测点的法矢,可进行有效的测头半径误差补偿;提出了基于BP神经网络的预行程误差预测模型,根据标准球实际测得的预行程误差,在对所建立的神经网络训练的基础上,对触发式测头在不同法矢上的预行程误差进行预测,并将预测结果与标准球相应的实际测得的结果进行比较,比较结果验证了该预行程误差预测模型的有效性。     

非球面接触测量中触发式测头预行程误差补偿研究

利用触发式测头对非球面零件进行接触测量时,由于其固有的预行程误差往往严重影响测量精度,为了降低该误差引起的精度损失,文中从测头自身结构出发,对预行程误差进行数学建模分析并研究其补偿方法.首先,对由于触发力产生的测杆变形位移和测球变形位移进行分析,并建立预行程数学模型;其次,根据测头触发力与被测件接触角度的不同,建立测头...     

数控机床在线检测系统触发式测头的预行程误差实验研究

触发式测头是数控机床在线检测系统的组成部分,在线检测过程中预行程误差不可避免,带有预行程误差的测量结果将影响产品检测精度。分析了触发式测头测量中预行程误差产生的原因,采用标准球的标定方法测量了预行程误差,从测量结果中剔除了机床运动误差,得到准确的预行程误差。通过多组测量数据,分析了预行程误差与测针杆长、测头运动速度及测量角度之间的关系。     

基于误差隔离的触发式测头预行程标定方法

触发式测头是在机测量系统的主要组成部分,其预行程会计入测量结果从而影响测量精度,因此有必要对其在实际工况下的预行程进行标定并补偿.在分析预行程产生原因的基础上,提出了一种全新的预行程定量标定方法,它通过在实际工况下检测探针与工件接触状况及接触时刻与测头触发时刻之间工件相对测头位移变化而标定出预行程,有效避免了机床伺服系统误差、机床几何及运动误差、探针测球圆度误差、标定体制造误差等因素对标定结果精确性的影响.标定了某高精密测头在实际工况下的预行程,并依据标定结果,完成了触发式测头预行程补偿实验.补偿结果表明,该标定方法实施简单、可行有效,标定精度高.     

在线测量系统测头误差补偿技术研究

通过分析在线测量系统测量过程中触发式测头测量结果的误差组成元素及其产生的原因,建立了测头标定的数学模型,并通过最小二乘法进行解算,提出通过对测头半径进行补偿来减小测量误差的新方法,该补偿方法综合考虑了实际测量过程中测头预行程误差、测头各向异性、测头偏心误差等影响因素,并利用双线性插值法建立测头半径补偿值与测点法矢方向之间的映射关系,来计算拟合任意法矢方向的半径补偿值。最后通过实验验证,对比补偿前后的测量结果,结果表明补偿后的测量系统测量精度有明显提高。     

精密孔系零件数控加工精度原位修正方法研究

通过为数控机床配备零件精度检测用测头以及相应的检测程序,即构成在机检测系统。在机检测将加工和检测集成在一台机床上完成,其核心优势在于加工的过程中就可以及时发现零件的偏差趋势。如果在检测系统增加原位修正的功能,即零件无须从工作台上卸下即可根据检测结果对工件进行补偿加工,可进一步优化在机检测系统的生态链。构建了基于“镜像补偿”的加工误差原位修正模型,给出孔系零件在机检测及其误差修正方法,最后通过一精密孔系零件加工案例证明了该方法的有效性。     

磨齿机在机检测系统的测头综合预行程误差建模

因为测头预行程误差的存在,现有研究大都考虑单项或双项影响因素进行误差补偿。然而多次的实验统计表明,由于接触式测头的各向异性,导致信号传输迟滞、检测速度、测球半径、测杆长度、测头重力及测球表面测点法矢等因素都会对检测信号的触发时机产生影响,因而存在测头综合预行程误差,故而很难进行精确补偿。借助BP神经网络的高效逼近算法,利于求解输入为多项误差影响因素场合的测量误差输出问题,有效提高在机检测精度。根据自主研发卧式磨齿机L300G在机检测原理,以多项误差影响因素为输入节点,以测头综合预行程误差为输出节点,建立基于BP神经网络的测头综合预行程误差预测模型。完成误差补偿后,开展磨齿机标准样板齿轮在机检测实验。结果表明：误差补偿前后,齿向精度均为4级;误差补偿后,齿形精度提高2个等级,为4级精度,与格里森检测结果相吻合。结果验证了模型的正确性,有望在国产低成本磨齿机的高精度在机检测系统中推广使用。     

加工精度在线检测系统预行程误差预测与补偿

预行程误差的预测和补偿能够大大提高加工精度在线检测系统的测量精度.提出了一种基于BP神经网络的检测误差预测新方法,建立了一个基于BP神经网络的在线检测系统预行程误差预测模型,通过实验数据对该网络进行训练,并将训练好的神经网络应用到实际加工零件的误差预测和补偿.为了验证该方法的有效性,以一圆柱零件的圆度误差检测为例,对其加工精度的在线测量进行了预行程误差的预测与补偿,经与CMM检测结果的对比,说明了该方法的有效性.     

复杂曲面零件在线检测与误差补偿方法

复杂曲面零件的高精度加工与精密检测一直是数字化制造领域的研究热点。为提高复杂曲面零件的加工精度、检测精度,提出一种集数控机床在线检测、加工误差分解与补偿加工为一体的集成化方法。介绍集成化在线检测方法及补偿系统的基本原理,分析数控加工后曲面零件测点数据的误差组成,提出一种基于空间统计分析的加工误差分解方法,在建立基于B样条曲面的确定性曲面回归模型的基础上,对回归模型残差进行空间独立性分析,分解出系统误差和随机误差,进而通过数控代码的修改,实现零件加工过程的系统误差补偿。列举一个曲面零件的加工与检测实例,进行方法有效性验证。通过加工工件的在线检测、误差分解、代码修改及补偿加工等环节,实例零件的加工精度有了大幅提高,而该系统的检测精度也通过与三坐标测量机(Coordinate measuring machine, CMM)检验结果的对比,得到了有效验证。     

An accurate probe pre-travel error compensation model for five-axis on-machine inspection system

On a five-axis CNC machine tool, the pretravel errors of touch-trigger probes are severely affected by gravity and must be compensated to ensure the required measurement accuracy. The situation is more complex than that of the three-axis on-machine inspection system. This paper proposes a simple and accurate modeling and compensation method for the probe pretravel error of a five-axis on-machine inspection system. First, the pretravel error for the 5-axis CNC tool is decoupled into three parts, which are analyzed based on the probe's mechanical structure. Then, a new calibration point selection strategy is proposed to obtain the accurate reference sphere center. Finally, we carry out calibration tests to validate the proposed method. The compensation results show that the proposed compensation method for the probe pretravel error under the influence of gravity (PPEUG) can improve the accuracy considerably.     

数控机床几何误差与热误差综合建模及其实时补偿

为提高数控机床的精度,提出一种数控机床的几何与热的复合误差综合建模方法。通过分析机床在不同温度状态下的误差数据,得到机床误差分布规律;根据几何误差和热误差的不同特性进行误差分离,采用多项式拟合与线性拟合方法建立机床几何误差与热误差的综合数学模型;利用数控(Computer numerical control,CNC)系统的外部机床坐标系偏置功能,应用自行研发的综合误差实时补偿系统进行误差在线实时补偿。该误差补偿方法综合考虑机床几何误差及其在机床不同温度下的变化,全面分析整个温升过程直至热稳态的误差及其变化规律。经检测认证表明,应用该误差补偿方法及其实时补偿系统可使机床在常温下的定位误差由44.1μm降低到3.6μm,补偿91.8%;温升之后的定位误差由26.0μm降低到5.1μm,补偿80.4%,大幅度提高机床的精度。     

龙门式多轴联动机床的几何误差建模

设计一台集加工、检测于一体的小型龙门式多轴联动加工系统,以实现小型或微小型零件的铣、钻、磨削加工。机床除了从结构上提高精度外,也采取了误差补偿的措施,通过对机床进行几何误差建模,得到几何误差模型,以便进行补偿,提高精度。     

机械制造业数控机床几何误差自动控制

为了降低数控机床几何误差,提升加工精度,提出机械制造业数控机床几何误差自动控制方法。通过激光跟踪仪辨识机械制造业数控机床的几何误差,采用快速定位补偿算法与圆弧插补补偿算法相结合的方法补偿数控机床几何误差。利用计算机辅助制造软件生成刀位文件,依据刀位文件生成数控机床加工程序,通过补偿控制器生成数控机床各轴运动的控制指令,数控机床伺服系统接收控制指令后,自动控制数控机床各轴运动,以达到数控机床几何误差自动控制的目的。实验结果表明,采用该方法自动控制数控机床几何误差后,方向与角度的几何误差分别低于0.03 mm与0.1°,实际应用效果较好。     

Algorithm for detecting volumetric geometric accuracy of NC machine tool by laser tracker

Quick and accurate detecting the error of NC machine tool and performing the error compensation are important to improve the machining accuracy of NC machine tool.Currently,there are many methods for detecting the geometric accuracy of NC machine tool.However,these methods have deficiencies in detection efficiency and accuracy as well as in versatility.In the paper,a method with laser tracker based on the multi-station and time-sharing measurement principle is proposed,and this method can rapidly and accurately detect the geometric accuracy of NC machine tool.The machine tool is controlled to move in the preset path in a 3D space or 2D plane,and a laser tracker is used to measure the same motion trajectory of the machine tool successively at different base stations.The original algorithm for multi-station and time-sharing measurement is improved.The space coordinates of the measuring point obtained by the laser tracker are taken as parameter values,and the initial position of each base point can be determined.The redundant equation concerning the base point calibration can be established by the distance information of the laser tracker,and the position of each base point is further determined by solving the equation with least squares method,then the space coordinates of each measuring point can be calibrated.The singular matrix does not occur in calculation with the improved algorithm,which overcomes the limitations of the original algorithm,that the motion trajectory of machine tool is in a 3D space and there exits height difference between the base stations.Adopting the improved algorithm can expand the application of multi-station and time-sharing measurement,and can meet the quick and accurate detecting requirements for different types of NC machine tool.     

精密数控机床主轴热伸长补偿技术研究

针对目前精密数控机床热误差补偿问题,在基于主轴热误差测量系统的基础上,提出一种基于FCM聚类、多元线性回归的热误差补偿模型。通过对某卧式加工中心主轴恒定转速和变速工况下进行温敏点测量,建立关键温敏点与机床主轴热伸长的几何关系,通过补偿结果和切削试验表明该方法可以有效地降低主轴热伸长误差,提升零件的加工精度。     

工件分特征下的五轴数控机床关键几何误差分析与补偿方法

提出了工件分特征下的五轴数控机床关键几何误差分析与补偿方法,将复杂工件进行特征分解,通过灵敏度分析辨识工件分特征下的关键几何误差并补偿,从而提高工件整体加工精度。以某一复杂工件为例,首先,将其分解为平面、斜面、圆柱和圆锥台四个典型特征;然后,基于灵敏度分析分别辨识出各典型特征对应的关键几何误差;最后,分特征地进行误差补偿。在AC双转台五轴数控机床上进行了实验验证,实验结果表明,辨识得到的关键几何误差灵敏度系数之和占比均大于90%,补偿后工件四个典型特征的加工精度提高了20%~30%。研究结果表明,所提方法能有效辨识不同工件分特征下的关键几何误差,从而提高复杂工件的加工精度。