大型数控龙门铣床几何误差补偿方法研究

针对大型数控龙门铣床几何误差的问题,建立了大型数控龙门铣床的几何误差模型,分析了大型数控龙门铣床的几何误差源;利用API(T3)激光跟踪仪高精度大尺寸的测量特点及数据处理能力,提出了X、Y、Z轴线位移误差、角位移误差及各轴间垂直度误差的辨识算法,通过激光测量与计算准确地辨识了大型数控龙门铣床的几何误差;建立了大型数控龙门铣床加工空间几何误差数学模型,采用基于对象的事件驱动机制的程序设计语言Visual Basic开发了几何误差补偿软件,实现了几何误差补偿;现场检测了大型数控龙门铣床空行程平面运动轨迹及工件的平面度。研究结果表明,该方法使平面加工精度提高了50.77%,并验证了几何误差模型的正确性及几何误差补偿方法的有效性。     

一种龙门铣床误差实时补偿方法

龙门铣床广泛应用于航空航天领域大型零件的精密加工,其几何与热误差均对加工精度有显著影响。本文基于西门子840D数控系统内置的补偿接口,以及作者提出的大型机床的关键误差分析、辨识及建模方法,在建立好的主轴热误差及主进给轴的几何与热综合误差数学模型的基础上,提出了一种大型龙门铣床主轴及进给轴多项主要变形的补偿方法,开发了相应的补偿系统,并实现了主轴热误差和主进给轴(x轴)综合误差的实时控制补偿,验证了该方法的有效性。     

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。     

数控机床两种几何误差建模方法有效性试验研究

数控机床在制造行业中有着广泛的应用,数控机床精度对保证被加工零件质量起着关键作用,对机床平动轴几何误差进行补偿是进一步提升数控机床加工精度能力的重要手段。几何误差建模是几何误差补偿的基础,通常采用18项或21项几何误差建模方法,基于这两种建模方法,进行误差检测、辨识与补偿。但这两种建模方法对误差补偿的不同影响还没有系统的验证研究,根据验证结果指导采用更适宜的几何建模方法,对于改善误差补偿效果有着至关重要的意义。通过已经建立的数控机床的两种几何误差建模方法建模,开展了基于这两种误差模型的数控机床平动轴几何误差检测、辨识和补偿的仿真和试验研究,并对这两种误差补偿的有效性进行了系统性的分析比较。试验研究发现,18项几何误差建模方法能够精简地描述三轴数控机床的全几何误差项,21项几何误差建模方法则存在3项冗余角度误差项,造成精度预测模型的准确性降低。当通过建立精度预测模型进行机床空间误差补偿,试验研究发现采用18项几何误差建模方法的误差补偿效果优于采用21项几何误差建模方法的误差补偿效果,即18项几何误差建模方法更适用于三轴数控机床几何误差的软件补偿方法。该研究结论对于进一步提升数控机床加工精度的能力具有理论和实际的指导意义。     

基于多体系统理论的数控机床加工精度几何误差预测模型

针对多轴联动数控机床加工精度误差补偿问题,从分析数控机床误差产生机理和建立精度误差补偿模型的角度,提出了基于多体系统理论的数控机床加工精度几何误差预测模型。分析了B-A摆头五轴龙门数控机床的拓扑结构关系、低序体阵列、各典型体坐标变换,推导出了B-A摆头五轴龙门数控机床精度几何误差预测函数。采用平动轴十二线法误差参数辨识算法,测量并计算了某B-A摆头五轴数控机床21项空间几何误差,为精度几何误差预测函数提供有效参量。该几何误差参数建模方法,对不同拓扑结构和运动关系的数控机床具有通用性,为后续数控机床误差动态实时补偿并提高切削加工精度提供了理论依据。     

转台-摆头式五轴机床几何误差测量及辨识

为降低转动轴几何误差对转台-摆头式五轴机床精度的影响,提出了基于球杆仪的位置无关几何误差测量和辨识方法。基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了转台-摆头式五轴机床位置无关几何误差模型,依据旋转轴不同运动状态下的几何误差影响因素建立基于圆轨迹的四种测量模式,并实现10项位置无关几何误差的辨识。利用所建立的几何误差模型进行数值模拟,确定转动轴的10项位置无关几何误差对测量轨迹的影响。最后,采用误差补偿的形式实验验证所提出的测量及辨识方法的有效性,将位置无关几何误差补偿前后的测量轨迹进行比较。误差补偿后10项位置无关几何误差的平均补偿率为70.4%,最大补偿率达到88.4%,实验结果表明所提出的建模和辨识方法可用于转台-摆头式五轴机床转动轴精度检测,同时可为机床精度评价及几何精度提升提供依据。     

基于特征样件的数控铣床误差辨识方法研究

目前机床误差补偿成为提高数控机床加工精度的一种重要有效手段,而机床各轴多项误差的辨识/预测则是数控机床误差补偿的核心部分。为此提出一种新颖的机床误差辨识方法—通过试切特征样件来分离出机床XYZ三轴导轨的各项误差。应用多体系统运动学理论建立三轴数控机床的空间误差模型,在此基础上反求出具有特殊加工工艺参数与位置参数的几何要素集,通过测量由这些几何要素构成的样件辨识出机床XYZ三轴各项误差。以辨识机床X导轨的、、三项误差为例进行了理论推导,以为指标通过模型仿真与初步实验验证了该方法的可行性。     

一种新的机床位置误差灵敏度分析方法

本文提出一种新的机床位置误差灵敏度分析方法。 首先基于多体理论和齐次变换矩阵建立了五轴龙门机床位置误差 模型。 其次通过截断傅里叶技术来表征与位置有关的几何误差参数,每个误差参数对位置误差的灵敏度值可表示为其傅里叶 幅值平方。 然后归一化处理,关键的几何误差参数为第 2,3,8,15 和 26 项误差。 通过与传统的 Sobol 法对比,仿真结果表明两 种灵敏度分析方法辨识的关键几何误差相同且灵敏度值相近。 此外,本文提出的灵敏度分析计算效率优于传统 Sobol 法。 最 后为了验证关键几何误差的有效性,提出了一个关于机床关键几何误差的补偿实验。 实验结果表明,补偿关键几何误差后机床 的加工精度提升了 48% 。 因此,本文提出的机床位置误差灵敏度分析方法是可行的和有效的。     

四轴数控机床转台几何误差检测与分离

针对某公司研制的THM46100高精度四轴卧式加工中心,提出了一种快速分离转台六项几何误差的方法。借助球杆仪分别采用平行于X、Y、Z轴及锥形的特殊安装方式,进行了转台几何误差分离实验,基于转台几何误差辨识模型,辨识出转台运动产生的3项位移误差δx、δy、δz和2项转角误差εx、εz,并配合激光干涉仪与回转分度仪对转台的定位误差εy进行了实验检测,从而实现了转台6项误差的识别。该方法与传统单项测量法相比,具有操作简单,检测效率高,适合现场测量等优点。     

光学自由曲面研抛机床的综合误差建模与补偿

为提高光学自由曲面的加工精度,本文基于多体系统理论建立了五轴数控研抛机床综合误差模型。采用直接测量方式对各轴的移动误差和转角误差进行重复测量与分析,发现不同进给速度和测量间距对移动误差和转角误差没有显著影响。把误差数据代入综合误差模型中,得出研抛机床综合误差在x轴、y轴和z轴轴向上的移动误差和转角误差分量的变化规律,进而获知线性位移误差是影响综合误差最主要的因素。依据综合误差模型进行补偿实验,补偿后x轴、y轴和z轴的线性位移误差分别下降88%、89%和84%,补偿效果显著。实验结果证明本文所提出的综合误差建模及补偿方法具有较高的精度和较好的鲁棒性。