五轴联动水切割机床回转中心几何误差分析

以机床旋转轴几何中心偏差所产生误差的规律为研究对象,以达到预期的加工精度。以水刀切割锥台为例,根据矢量在空间的旋转变换关系及时间分割法插补原理,采用双转台五轴联动数控机床的刀具矢量加工旋转动作分解的方法,求出在双转台五轴联动数控机床(AC型和BC型)中,由刀具回转中心偏差ε和δ所带来的回转中心几何误差的关系式,表明误差与刀具回转中心具有关联性。     

摆头转台五轴数控机床RTCP算法的研究

在五轴数控机床加工中,由于旋转运动的影响,机床各轴线性插补的合成运动会使实际刀位运动偏离编程直线,造成编程直线和机床实际运动轨迹之间产生了误差,该误差被称为非线性误差。在对摆头转台五轴数控机床运动求解进行研究的基础上,基于机床的运动求解模型,分析了五坐标加工中的非线性误差的数学模型,提出了一种RTCP功能的插补算法,并通过MATLAB实例仿真验证该RTCP算法可以有效减小非线性误差,显著提高加工精度。     

多轴数控机床转台定位误差分析与补偿

旋转轴是多轴数控机床关键性部件,其精度对机床精度影响巨大。分析转台常见安装误差对数控机床精度的影响,利用激光干涉仪对转台定位精度进行高密度的测量,通过优选误差点,确定少数补偿点进行补偿。补偿实验结果表明:关于数控机床转台安装误差对定位精度影响的理论分析正确,采用优选补偿点的补偿方法能有效消除转台安装误差的影响,数控机床转台定位精度明显提高。     

基于多体系统理论的车铣中心空间误差模型分析

数控机床的误差建模是进行机床运动设计、精度分析和误差补偿的关键技术,也是保证机床加工精度的重要环节.本文利用多体系统理论来构建超精密数控机床的几何误差模型,该模型简便、明确,不受机床结构和运动复杂程度的限制,为计算机床误差、实现误差补偿和修正控制指令提供了理论依据.在机床实际应用中,可以利用由精密机床误差建模所推导出的几何位置误差来修正理想加工指令,控制机床的实际运动,从而实现几何误差补偿,提高机床加工精度.     

航发叶片加工机床转台预调角度研究

针对航空发动机叶片加工中传统转台存在正反转切换侧隙,导致其回转精度、重复定位精度和响应速度低,达不到航发叶片的加工要求的问题。文章介绍一种基于双斜齿轮正反转消隙及碟簧自动补偿的高速大扭矩高精度叶片加工机床转台。针对双斜齿轮正反转消隙机构,推导出传动系统误差计算的方法,以蒙特卡洛法为工具计算出常规安装转台的传动系统误差,从而确定预调扭转角度且以此调整双斜齿轮消隙机构,达到了提高转台正反转切换时的回转精度、重复定位精度及响应速度的目的。     

三轴数控机床静态精度设计研究进展

国内三轴数控机床存在精度低和可靠性差的问题,而机床精度和可靠性可通过合理的静态精度设计方法得以保证.机床静态精度设计方法包括加工精度稳健设计方法和静态几何精度设计方法,针对两种精度设计方法的衔接合理性和工程应用实用性低的问题,在深入调研机床静态精度设计研究成果的基础上,从机床空间误差建模、平动轴几何误差元素辨识、关键几何误差元素溯源和加工精度稳健设计以及静态几何精度设计这5个关键问题着手,分别给出具体的解决方法,并形成一套完整的三轴数控机床静态精度设计系统实施方案,为完善机床几何精度设计和静态几何精度设计提供了参考.     

电火花加工精度的提高措施

通过对电极的优化设计制造、工件定位的精度保证、工件的定位加工3个方面提高电火花加工的精度。详细讨论了如何降低和消除电极加工精度误差、电火花加工机的几何精度误差、工件电极的校正精度误差、定位精度误差等对电火花加工精度的影响,从而提高电火花加工精度。     

基于对径测量的转台分度误差标定技术

针对配备高精度测头的机床转台分度误差标定问题,提出了一种可在任意角度对转台分度误差进行标定的方法。通过建立位于转台对径位置的两个标准球球心与转台中心以及转台运动误差的几何位置关系,测量转台转动前后两个标准球的球心位置,经过简便的计算,即可标定出转台分度误差。分析了两个标准球对径以及等高安装误差对标定结果的影响,通过实验验证了方法的有效性,实现了以较低的经济成本在转台任意角度位置对分度误差的高精度标定。     

5轴加工奇异区域非线性误差控制方法

5轴数控机床在加工奇异区域时,由于旋转轴的剧烈变化导致产生较大的非线性误差,加工质量下降。针对这个问题,以A-C双转台机床为例,分析机床产生奇异现象的原因,提出检测5轴加工奇异区域的方案,通过对奇异区域相邻刀轴矢量之间进行插值处理,减小相邻刀轴的角度变化,使相邻刀位点之间的最大非线性误差小于机床允许的最大非线性误差。用MATLAB对比插值前后5轴机床转角和非线性误差的变化,证明该方法可以降低C轴的过大转角同时减小非线性误差。     

基于线性响应面法的机床几何误差灵敏度识别

机床各零部件几何误差是影响机床精度的主要因素,识别各项几何误差对机床精度的灵敏度可以为机床精度分析提供理论依据与参考。基于多体系统和线性响应面法,提出了一种对机床精度解析模型的灵敏度识别方法。以一台5轴卧式数控铣床为例,对提出的模型和算法进行了应用,首先建立机床的几何精度模型,利用插值抽样技术提取模型样本点,从而构造机床的几何精度线性响应面模型,通过计算与分析该模型的敏感度系数,从而识别出机床的关键性几何误差。计算示例表明,该方法可以有效计算出机床各项几何误差的敏感度系数,对于机床几何误差参数较多且各项误差耦合关系复杂时有一定的适用性。     

BF-850B立式高速数控机床精度检测及误差补偿研究

机床在加工的过程中会因为物理变形和热变形,使得加工零件的精度难以保证,因此必须对运动中的影响机床精度的误差源进行误差分析及实时补偿。利用激光干涉仪和球杆仪对数控机床定位精度进行检测,并建立了关于机床变形的检测数据的数学模型,确定了定位误差补偿方法,同时以具体的数控机床为例进行了定位精度检测与误差补偿,最后对补偿效果进行了分析。结果表明：该定位误差检测及补偿方法具有可行性与实用性,使数控机床的定位精度得到了显著的提高。     

Derivation of machine tool error models and error compensation procedure for three axes vertical machining center using rigid body kinematics

Volumetric positional accuracy constitutes a large portion of the total machine tool error during machining. In order to improve machine tool accuracy cost-effectively, machine tool geometric errors as well as thermally induced errors have to be characterized and predicted for error compensation. This paper presents the development of kinematic error models accounting for geometric and thermal errors in the Vertical Machining Center (VMC). The machine tool investigated is a Cincinnati Milacron Sabre 750 3 axes CNC Vertical Machining Center with open architecture controller. Using Rigid Body Kinematics and small angle approximation of the errors, each slide of the three axes vertical machining center is modeled using homogeneous coordinate transformation. By synthesizing the machine's parametric errors such as linear positioning errors, roll, pitch and yaw etc., an expression for the volumetric errors in the multi-axis machine tool is developed. The developed mathematical model is used to calculate and predict the resultant error vector at the tool–workpiece interface for error compensation.     

Accuracy improvement of miniaturized machine tool: Geometric error modeling and compensation

A novel capacitance–sensor based multi-degree-of-freedom (DOF) measurement system has been developed for measuring geometric errors of a miniaturized machine tool (mMT) overcoming the size limitations. In the present work five geometric error components of a three-axis mMT are measured simultaneously along each axis and the squareness errors are determined by the slopes of straightness error profiles. Least-squares fitting method is used to represent the analytical models of geometric errors. A kinematic chain consisting of various structural members of mMT is introduced to establish the positional relationships among its coordinate frames. Based on this kinematic chain a general volumetric error model has been developed to synthesize all geometric error components of a miniaturized machine tool. Then, a recursive compensation method is proposed to achieve error compensation efficiently. Test results show that the positioning accuracy of miniaturized machine tool has been improved with compensation.     

非球面超精密磨削误差建模与补偿研究

为提高课题组自研的超精密磨床加工精度,基于多体系统理论,运用齐次坐标变换原理,分析该超精密磨床37项几何误差来源,对非球面超精密磨削的综合误差建模。超精密磨床的多项几何误差元素已在制造阶段标定、补偿,取砂轮对刀误差和砂轮轮廓半径磨损误差作为主要面形误差来源,分别推导其对综合误差的传递函数,分析误差辨识方法,建立误差修正补偿模型,提出基于直接补偿的点补修正法。试验结果表明：建立的综合误差模型正确,根据误差辨识方法和修正补偿模型,修正误差后面形误差显著降低,有效提高面形精度。     

立式加工中心空间误差验证及补偿

为提高某立式加工中心整机加工精度,借助旋量理论建立完备立式加工中心空间误差模型,在此基础上实现机床空间误差有效补偿.以旋量理论为基础推导并建立机床刀具运动链与工件运动链运动学正解,分析机床21项几何误差原理,在考虑21项几何误差的基础上建立该立式加工中心完备空间误差模型;利用九线法完成各项几何误差辨识;基于旋量运动学正解求解机床运动学逆解后得出运动轴实际运动路径,并通过体对角线实验对比补偿前后的效果.结果表明:所提补偿方法补偿效果显著,验证了机床空间误差模型的准确性,实现了提高机床加工精度的目的.     

数控机床平动轴误差辨识及补偿研究

为了大幅提升数控机床平动轴的运动精度,从而满足当代数控系统对其高精度的要求,针对机床平动轴的空间几何误差开展了深入研究,提出了可以有效辨识平动轴空间几何误差的便捷方法,并基于齐次坐标变换原理建立了平动轴空间几何误差的辨识模型;针对机床平动轴定位误差的特性,提出了可以实现有效补偿的增量式误差补偿原理,并建立了相应的误差补偿模型。经验证,所提出的平动轴误差辨识法和增量式误差补偿原理不仅理论正确,而且可以大幅地提高机床平动轴的定位精度。     

基于敏感度分析的机床关键几何误差元素辨识与评定

为了正确识别和判定机床关键几何误差元素对机床精度设计的影响,以PCV-620立式加工中心为研究对象,采用多体系统理论建立机床空间误差模型,从而得到机床几何误差元素与机床精度之间的关联函数。对空间误差模型进行灵敏度分析,获得机床各运动方向的局部灵敏度系数,完成机床关键几何误差元素的初步辨识。以局部灵敏度系数为基础,提出一种与局部灵敏度系数和工作空间中任意位置处的几何误差元素值相关的全局灵敏度系数计算方法,将其作为机床关键几何误差元素的辨识和评定标准,分析得到PCV-620立式加工中心的关键几何误差元素包含3项定位误差、3项垂直度误差和5项直线度误差。     

立式加工中心关键几何误差判定与量化验证

针对现阶段机床空间误差模型不完整且传统灵敏度分析存在局限性,导致其关键几何误差溯源不准确,以及关键几何误差判定结果难以量化验证的问题,以某立式加工中心为研究对象,提出一种机床关键几何误差判定与量化验证方法。以旋量理论为基础,研究某立式加工中心空间误差建模,以输出机床完整空间误差模型;在此基础上,以基于传统局部灵敏度分析为基础,利用误差贡献度因子判定机床关键几何误差;借助数值模拟实验对判定结果进行量化验证。结果表明：相较于传统灵敏度分析结果,利用误差贡献度因子判定关键几何误差的结果更准确;基于误差贡献度因子的判定结果,不仅能量化几何误差相对机床空间误差的影响程度,同时可为机床部件制造精度设计提供理论参考。