非圆曲面XY直驱加工廓形误差交叉耦合控制

XY直驱平台加工非圆零件时,X、Y轴跟踪误差并不能直接反映廓形误差,且廓形误差的方向与跟随误差及轮廓的凹凸性密切相关,廓形误差补偿困难。针对该问题,分析了XY平台非圆零件加工机理,提出了外表面与内表面廓形加工X、Y轴跟踪误差耦合形成廓形误差的计算模型,并根据该模型设计了前馈交叉耦合控制器补偿廓形误差。建立了直线电机XY加工仿真模型,以修正心形曲面外表面与内表面轮廓加工为例,进行了常规加工与前馈交叉耦合廓形误差补偿控制对比仿真实验,并采用刀具轨迹法对仿真结果进行了进一步验证。结果表明,耦合误差计算模型具有很高的准确性,所设计的前馈交叉耦合控制器能够有效提高XY直驱平台的非圆轮廓加工精度。     

基于遗传算法的交叉耦合控制器优化设计

为提高多轴联动实验平台的执行轨迹轮廓误差精度,提出一种基于遗传算法的交叉耦合控制器优化设计方法。首先建立单轴跟踪误差与轨迹轮廓误差的数学模型,并确定优化目标函数;其次,采用有限冲击响应的交叉耦合控制器结构,并确定优化变量和约束条件;最后通过遗传算法对优化问题进行求解,确定最优交叉耦合控制器参数。通过仿真分析研究此方法的可行性和有效性,仿真结果表明所提方法能够在不占用数控系统插补周期的基础上,有效提高单轴跟踪误差和执行轨迹的轮廓误差,为提高数控加工零件表面质量提出有效解决方案。     

多轴联动的机床交叉耦合轮廓误差补偿技术

为了提高多轴联动CNC机床的加工精度,减小由机械传动及电气控制等因素造成的轮廓误,针对多轴联动CNC机床伺服采用交叉耦合参数选择困难及稳定不强等问题,提出了一种交叉耦合轮廓补偿的控制方法,建立了交叉耦合轮廓误差补偿的模型,搭建了x轴、y轴及z轴仿真实验平台,仿真实验结果表明,轮廓误差补偿的算法使用交叉耦合误差补偿算法进行控制,可以大大减小轮廓误差,提高插补控制精度,也减小数控插补系统的单轴震动,对其他数控插补过程具有借鉴意义。     

数控系统轮廓误差矢量模型及其应用

为实现复杂三维空间曲线的交叉耦合控制并提高轮廓误差补偿精度,提出了一种新的轮廓误差计算模型,该模型利用数控插补器输出的刀位点和伺服系统的位置跟踪误差计算轮廓误差矢量.基于该模型,建立了由轮廓控制闭环和位置控制闭环构成的双闭环协同控制系统,实现了位置跟踪和轮廓补偿控制.通过仿真实验证明,双闭环控制结构可以明显提高数控系统的轮廓加工精度.     

光纤透镜研磨抛光的轮廓成形控制系统的研究

为了有效地减小光纤透镜的研磨抛光轮廓误差,设计一种两轴联动的交叉耦合轮廓控制器,并且针对光纤透镜研磨抛光机床的运动特点,给出了交叉耦合轮廓误差模型.然后利用Matlab软件对该交叉耦合轮廓控制的效果进行了仿真研究与分析.仿真结果表明,利用该控制器能使系统轮廓误差从0.075 μm减小到0.03 μm,但由于加入了交叉耦合器的补偿量,Z轴的跟随误差也从0.05 μm增大到0.07 μm.同时也表明两轴联动的交叉耦合控制系统远远优于单轴PID控制系统.     

磁流变抛光预补偿交叉耦合轮廓控制算法

文章首先介绍了直线和圆弧的轮廓误差模型,根据磁流变抛光运动特点推出了三轴联动时的轮廓误差模型,并针对该模型提出了三轴联动预补偿交叉耦合轮廓方法,最后进行了仿真及加工实验.仿真结果表明,在跟踪圆弧轮廓时,采用三轴预补偿交叉耦合轮廓控制算法,轮廓误差由0.045mm减小到0.006mm,可见该算法能有效地减小轮廓误差.通过对球面K9光学玻璃进行的磁流变抛光实验,获得了表面粗糙度Ra0.636nm、面形精度P-V值52.14nm的球形表面.     

基于交叉耦合与迭代学习的伺服系统运动控制研究

针对数控机床进给伺服系统各轴动态响应不一致,导致零件加工精度降低的问题,对数控机床进给伺服系统运动控制进行了研究。采用了迭代学习控制与交叉耦合结构相结合的控制方法,设计了进给伺服系统单轴位置环的迭代学习控制器,抑制了单轴跟随误差,设计了多轴的变增益交叉耦合迭代学习控制器,来抑制多轴轮廓误差;利用在MATLAB/SIMULINK环境中搭建的仿真模型,对三叶玫瑰曲线轨迹进行了跟踪验证;将所设计的控制器与其他控制方法进行了对比分析。研究结果表明:与其他控制方法相比,所设计的控制器跟踪曲线的最大轮廓误差和平均轮廓误差都得到了降低,证明所设计的单轴和多轴运动控制器能够实现降低轮廓误差,提高零件加工精度的目的。     

X-C直驱平台平面曲线轮廓磨削廓形误差非线性耦合控制

为提高X-C平台的曲线轮廓加工精度,引入了双轴联动耦合控制思想。根据切点跟踪加工原理,提出X,C轴跟踪误差耦合形成廓形误差的计算模型,在此基础上设计了X-C直驱加工耦合控制系统。为削弱曲线轮廓X-C磨削过程中轮廓轨迹、加工速度变化、磨削力变化、控制参数等因素对轮廓精度的影响,研究非线性PID调节的控制策略来补偿控制X,C轴跟踪误差引起的廓形误差。建立了直线电机与力矩电机构成的X-C直驱加工平台仿真模型,并以凸轮加工为例进行非线性交叉耦合廓形误差补偿控制仿真实验。结果表明:与常规加工相比,所设计的非线性交叉耦合控制器能够在一定程度上提高X-C直驱平台曲线轮廓的加工精度。     

基于零相位误差跟踪控制器的轮廓误差交叉耦合控制

针对高精密轮廓加工，在分析系统轮廓误差的基础上，通过减小跟踪误差来间接减小轮廓误差，提出了将交叉耦合控制器和零相位误差跟踪控制器相结合的控制策略。交叉耦合控制器用以增加各轴之间的匹配程度，以减小轮廓误差；零相位误差跟踪控制器作为前馈跟踪控制器，提高了快速性，使系统实现准确跟踪。仿真结果表明所提出的控制方案是有效的，能达到良好的轮廓跟踪效果，从而提高了轮廓加工精度。     

一种多轴联动加工轮廓误差的向量计算方法

针对进给系统动态特性造成的轮廓误差,提出了一种多轴联动加工轮廓误差的向量计算方法,该方法通过实时读取数控机床的位置反馈和插补器的输入数据,实时精确计算数控机床加工过程中的轮廓误差向量。通过直线、圆和抛物线的Matlab三轴联动加工仿真对该方法进行了验证,结果表明,该轮廓误差的向量计算方法能够简单准确地计算多轴联动加工过程中由于进给系统动态特性造成的轮廓误差向量,该误差向量可用于评价数控机床多轴联动加工精度和提供误差补偿的参考数据。     

基于误差模型的三轴联动加工轨迹预补偿方法

为了减小由于进给系统动态特性造成的多轴联动加工轮廓误差,提出了一种基于轮廓误差模型的三轴联动加工轨迹预补偿方法。首先建立了关于轨迹曲率、加工速率及进给系统动态特性参数的轮廓误差模型;然后根据读取的插补数据,利用轮廓误差模型实时预测三轴联动加工过程中的轮廓误差补偿向量并对加工轨迹指令进行补偿;最后通过对圆、变曲率和螺旋线轨迹的MATLAB仿真和机床加工实验,证明该补偿方法将轮廓误差减小了85%以上,可显著提高数控机床加工精度。     

A/C轴双轴转台几何误差检测与补偿技术研究

A/C轴双轴转台是中、小规格五轴联动加工中心的核心功能部件。分析了A轴、C轴与工作台台面之间的五项几何误差,利用激光干涉仪与RX10回转基准分度器对A轴、C轴的分度误差进行检测与补偿,利用五轴数控系统对A轴轴线与C轴轴线之间的位置误差、A轴轴线与工作台台面之间的尺寸误差进行检测与补偿,并提出了一种即节省成本又能有效降低A轴轴线与C轴轴线之间角度误差的修正方法。     

五轴数控机床转动轴误差元素的球杆仪检测方法

提出一种立式高速精密五轴加工中心转动轴C轴误差元素的球杆仪检测方法。建立了影响加工精度较大的C轴4项误差的球杆仪检测模式。通过机床多轴联动使球杆仪完成一圆弧轨迹运动,此过程中,采集球杆仪的杆长变化量,由数学建模及轨迹仿真,结合误差敏感方向分析,最终分离得到各误差元素值。通过对比球杆仪检测误差值与预设误差值,证明球杆仪检测法是一种高效准确的转动轴误差检测方法。     

Development of 2-axis hybrid positioning system for precision contouring on micro-milling operation

A 2-axis hybrid positioning system was developed for precision contouring on micro-milling operation. The system was developed to overcome the micro-positioning limitations of conventional linear stage positioning system on machine tools. A 2-axis flexure hinge type piezoelectric stage was added on a standard milling machine to obtain better machining results. The control method used for the hybrid system was active error compensation type, where errors from linear stages are cancelled by the piezoelectric stage motion. Positioning experiments showed an improvement of machine accuracy which was confirmed by the machining results. A micro-pillar was fabricated for the validation of long-range and high-precision contouring capability. The system was successfully implemented on micro-milling machining to achieve high-precision machining results.     

基于空间误差模型的加工中心几何误差辨识方法

对加工中心误差建模和辨识进行了研究,基于多体系统理论和位姿特征建模方法,建立起了加工中心的空间误差一般模型,基于空间误差模型,提出了几何误差辨识的一种新位移技术。最后,以三轴立式加工中心为例,给出了空间误差具体建模,并用新位移法获得了误差辨识结果。     

数控机床空间位置误差的检测及神经网络误差补偿技术

利用平面正交光栅检测三轴加工中心的空间位置误差,建立了机床空间位置误差的数学模型;提出了基于人工神经网络技术的机床空间位置误差补偿方法,并建立了神经网络误差补偿模型。通过误差测量与补偿试验,验证了该方法应用于数控机床误差补偿的可行性。     

基于齿隙的新型圆弧独立轮廓误差交叉耦合控制

在高精密轮廓加工中,线性轮廓误差控制精度是非常重要的指标,它决定了最终产品的加工精度。在建立基于齿隙的线性轮廓误差模型的基础上,利用众所周知的交叉耦合控制,提出了一种新的独立轮廓误差控制(Independent Contour Error Control,ICEC)策略,即驱动轴之间不需要任何交叉进给信号就能够减少线性轮廓误差。仿真的结果表明所提出的控制方案是有效的,在线性和圆形轮廓的双轴驱动系统上也得到证明,能够明显地提高轮廓误差控制精度。     

Accuracy enhancement of a small overhung boring bar servo system by real-time error compensation

This paper is concerned with the work involved in reducing the machining errors of a small overhung boring bar by real-time error compensation. A boring bar developed is made with a pair of concentric bars with an outer diameter of 14 mm and length of 140 mm, representing an overhang ratio of 10:1. A piezoelectric (PZT) actuator was incorporated in the boring bar servo to achieve on-line compensation. Results of cutting tests show that improvement of 40% in the roundness errors can be achieved through on-line compensation of machining errors in precision boring of holes with high aspect ratios.     

通过修正NC程序改善加工精度

利用激光测量仪标定一台三坐标加工中心的运动误差,并根据测得的误差来修正NC程序,达到了运动误差补偿的目的。试验数据表明,所加工球面的圆度提高了40%,尺寸精度提高了50%以上,显著提高了普通设备的加工精度。