基于误差补偿的叶片铣削加工过程仿真研究

对发动机叶片在现有夹具定位下的螺旋铣削加工状态进行了研究,建立了基于瞬时铣削力的叶片变形模型,提出了基于加工表面静态误差预测、补偿的离线多层次误差补偿方案,利用有限元模拟技术结合铣削力模型,迭代求解各个刀位点处的弹性让刀变形量,据此修正原始的数控刀具轨迹代码,达到消除加工变形误差的目的;并通过有限元ANSYS仿真,得到实时误差补偿刀位轨迹,通过实验验证补偿方案的正确性和实用性。     

基于NC程序的五轴数控加工刀位信息提取算法

研究了从NC代码中逆向提取刀位点的计算方法,通过UG软件仿真得到数控加工模型的刀位文件,再经后置处理得到模型的数控加工NC文件。经过研究后置处理理论,推导了从NC文件中的数据点反算刀位文件中的刀位点坐标及刀轴矢量,实现了从NC程序中提取曲面上刀位点及刀轴矢量的目标,为进一步实现数控加工信息的逆向提取提供了理论基础。最后通过VC编程实现逆向提取计算过程得到逆向提取的刀位点,经过与UGNX软件所得的刀位点进行对比验证,所得结论正确。     

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。     

圆柱刀五轴数控侧铣直纹面的直线插补误差分析

在五轴联动数控系统中,相邻刀位点间的运动通过直线、圆弧或样条曲线进行插补运动,其中直线插补方法最具典型性。以圆柱刀侧铣加工直纹面时因线性插补引起的非线性误差为研究对象,首先,在被加工曲面上采用最佳一致逼近法规划圆柱刀侧铣直纹面的刀具位置;然后,利用包络原理建立刀具线性插补时所形成的包络面解析表达式;以理想曲面为基准面,利用牛顿迭代法求取点到曲面的最小距离,从而建立刀具包络面与理论曲面的误差模型,以此得到刀具线性插补时产生的非线性误差;最后,利用MATLAB软件通过数值算例对影响非线性误差的规律、大小以及其影响因素进行了分析。     

5轴数控机床装配误差补偿的实际逆向运动学

为消除机床装配误差对加工精度的影响,以一种回转/摆头型5轴数控机床为研究对象,建立基于齐次坐标变换矩阵的装配误差模型,通过实际逆向解耦运算方法推导了误差补偿后的数字控制代码解析表达式,确定消除装配误差影响的NC代码与刀位数据之间的映射关系。在此基础上,通过代数运算即可获得修正后的数控代码。与现有补偿方法相比,补偿过程计算简单、方便,补偿效率更高,对5轴机床实时误差补偿的研究具有参考价值。以叶轮加工为例,进行了仿真切削。补偿前后结果表明,所提方法误差补偿效果明显,能够显著消除装配误差对加工精度的影响。     

从测量的散乱数据点云直接生成数控刀具路径的研究

提出了一种直接从测量的散乱数据点云用球头刀对自由曲面进行三轴数控加工时生成刀具路径的方法。不同于现有散乱点云基于逆向工程的刀具路径生成方法,本法考虑并估计了曲面加工误差和粗糙度。将散乱数据点云向XY平面投影,以获得的投影边界为刀具路径的主方向,然后根据曲面所需的加工误差和残留高度要求划分该投影数据点云,得到一系列刀位网格单元。通过最小化每个刀位网格单元的加工误差以确定每个刀位网格的节点位置,加权平均相关联刀位网格节点来对齐相邻刀位网格单元的边缘。为了缩短加工时间,裁去刀位路径上多余的线段,最终生成高效合理的数控加工刀具路径。已用实测的数据点云验证了本法直接生成刀具路径的有效性。     

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。     

无温度传感器的数控机床进给轴热误差补偿

分析了目前常见的进给轴热误差补偿方法的缺点,如需要多个温度传感器、模型的鲁棒性较差等。提出一种基于无温度传感器的、强鲁棒性的机床进给轴热误差补偿方法,在恒温环境下实现对运动生热导致的热误差的补偿。给出了热误差模型的推导过程以及应用ISIGHT平台进行参数优化的过程。热误差模型基于摩擦生热、热传导和散热机理实时预测滚珠丝杠的温度场,以实现预测并补偿丝杠热误差的目的。在一台立式加工中心VMC850上对x、y、z轴进行了热误差测试并给出了模型的仿真效果。在另一台立式加工中心VMC850上采用激光干涉仪进行了热误差补偿前后的对比试验和加工对比试验。试验结果表明,该热补偿方法具有很高的精度稳定性和强鲁棒性。     

多轴加工无干涉刀具路径生成算法研究

多轴数控加工中刀具路径的计算直接影响加工零件的精度和加工效率。本文介绍了一种平底刀多轴无干涉刀位轨迹生成算法,在刀轴方向上消除干涉量。首先对参数曲面进行三角离散化,根据曲面相应点的法矢布置初始刀具位姿。构造曲面和刀具的OBB模型,通过包围盒间的快速相交测试得到刀具与曲面的干涉三角片,在此基础上,采用解析方法计算刀具与干涉三角片在刀轴方向上的干涉量,修正刀位点,最后得到无干涉刀位轨迹。     

基于分段拟合的机床大尺寸工作台热误差补偿模型

大型机床工作台在往复运动过程中,丝杠螺母会产生大量的热,一部分热量从螺母传入工作台导致工作台两侧翘曲,使工作台不同位置产生不同热误差。为提高大尺寸机床工作台的纵向热误差补偿精度,提出分段拟合热误差建模预测方法。该方法是沿工作台横向在多个位置建立对应点的纵向热误差模型,然后由各点单模型预测值进行分段拟合建立工作台整体预测模型,利用分段拟合模型实现对工作台任意位置热误差预测。同时为了提高热误差模型预测精度和鲁棒性,采用粒子群优化算法根据实时反馈热误差数据对模型参数辨识,使热误差模型能适应机床最新的工作状态。在一台三坐标铣床工作台上进行试验,建立X轴快速运动时工作台纵向热误差模型,试验结果表明:该方法鲁棒性好预测精度高,能够实现大尺寸工作台任意位置的热误差补偿,且具有一定的通用性。     

非可展直纹面侧铣刀位轨迹优化算法

针对非可展直纹面侧铣精加工刀轴矢量计算中存在的问题,基于侧铣加工误差几何模型分析了棒铣刀加工非可展直纹面误差的产生原因。在研究了两点偏置法和三点偏置法的基础上,围绕提高非可展直纹面类零件的加工精度,提出一种动点滑动并寻求最优的刀轴矢量计算方法,并且采用最小二乘法对刀位轨迹进一步优化。通过所建立的刀位优化算法得到的刀轴矢量可使加工误差在刀具与被加工曲面切触状态下趋于最小,最终得到整体最优的刀位轨迹。用所提方法与已有方法进行加工试验比较,并对加工误差分布进行分析可得,侧向偏置法所产生的加工误差明显低于已有方法,提高了加工精度。所采用的优化方法和数据处理结果可以为非可展直纹面侧铣加工提供一定的参考依据。     

S试件加工中奇异点优化算法的研究

针对S试件在五轴加工中产生的奇异点问题,对奇异点的产生原因进行了分析。为减小奇异点处非线性误差过大的影响,在后置处理阶段提出一种优化算法,通过线性插值增加刀位点数量,控制C轴程序段中的最大变化值,进而减小非线性误差。通过仿真及实际加工,验证了这一优化算法的正确性。     

基于非参数误差模型的镜像铣同步精度补偿

针对薄壁件镜像铣加工过程中,铣削侧和支撑侧的相对位置和方向误差严重影响工件加工精度的问题,提出一种由误差预测模型和误差补偿策略组成的同步运动精度补偿算法。误差预测过程应用了一种基于形函数的插值算法,能够预测镜像铣工作空间中任意期望位置的相对位置和方向误差。误差补偿过程将铣削侧的刀位作为参考,对支撑侧的刀位进行补偿,然后分别生成数控(NC)代码。经过加工测量实验,补偿后的相对位置和方向精度分别提高了73%和60%,验证了所提算法的有效性。     

五轴加工奇异区域的检测和处理

为解决五轴加工在奇异点附近产生过大非线性误差、易对工件和机床造成损害的问题,以AC双转台五轴机床为研究对象,提出一种基于雅可比矩阵的奇异区域检测和处理算法.建立了五轴机床雅可比矩阵的参数式,代入相邻点机床各轴的运动变化量,通过检查雅可比矩阵的条件数来判断当前加工是否处于奇异区域内.对于雅可比矩阵“病态”程度严重的路径区间,结合刀位数据和各轴运动量构造新刀位点进行了递归插值.通过仿真验证了该检测处理算法的有效性.     

基于遗传算法优化BP神经网络的数控机床热误差补偿

以提高数控机床加工精度为主要目的,针对减少热误差而提出一种基于遗传算法优化BP神经网络的数控机床热误差补偿方法.首先,分析遗传算法优化的BP神经网络学习算法.然后,建立神经网络模型对三轴联动卧式加工中心进行实时补偿.实验仿真结果表明遗传优化BP神经网络模型具有预测补偿能力强、补偿精度高、拟合性能优、实时性好等特点.     

基于弧长参数的Akima刀位轨迹拟合算法研究

在数控加工中,通常用小线段表达刀位轨迹,往往会导致刀位点庞大且轨迹不平滑。基于Akima曲线具有光顺连接且端点连接处保证G1以上连续等特点,将刀位点拟合成Akima样条曲线,提出了基于弧长参数的保凸Akima拟合刀位轨迹算法。该算法分为刀位点搜索和拟合两个阶段：首先利用拟合刀位轨迹的误差测试（双弦误差测试和弦切误差测试）约束,获得该段的首末刀位点;然后在该段内根据首末刀位点计算切线矢量,用弧长信息对刀位点参数化,生成一段Akima样条。利用UG软件生成了内含75个刀位点的鞋底模型,通过MATLAB编程和仿真实验,设置不同测试阈值,对比了弧长参数化Akima曲线与节点参数化Akima曲线、NURBS曲线之间的拟合效果,验证了算法的有效性。     

数控机床XY工作台单向运动二维阿贝误差分析与建模

为了提高数控机床的加工精度,建立误差补偿模型。对温度影响下的数控机床XY工作台导轨系统各误差分量之间的误差相关性进行研究。首先,分析了XY工作台单向运动时各平动误差和角度误差的相关性和X向导轨系统二维阿贝误差的变化规律。然后,建立了Y轴导轨系统和X轴导轨系统误差相关性的阿贝误差计算模型。最后,分别进行了X轴导轨和Y轴导轨角度误差的相关性验证和导轨系统定位误差补偿效果对比实验。实验结果表明:利用工作台二维阿贝误差补偿后的定位误差2整体误差呈减小趋势,且比用传统方法补偿后的定位误差1最大相差3μm左右,占补偿后的工作台总误差的三分之一。本文所建立的导轨系统二维阿贝误差模型更符合数控机床XY工作台误差的实际变化规律,利用该模型导轨进行的工作台联动定位误差补偿效果比传统补偿方法的修正效果更好,为实时补偿数控机床误差,提高机床加工精度和在机测量系统的测量精度打下理论基础。     

航空发动机火焰筒舌片车削加工变形量预测及误差补偿北大核心

通过构建槽刀切削力预测模型,针对航空发动机火焰筒舌片因切削力引起的力致变形加工误差问题,提出了一种补偿加工误差的方法。该方法应用有限元法对火焰筒的舌片车削变形(让刀)量进行预测,进而采用曲线拟合方法得到刀具补偿轨迹曲线,利用该曲线进行刀位点轨迹的误差补偿,最终达到提高加工精度、缩短试制周期和降低试制成本的目的。该方法可为其他类似的产品加工变形量预测与误差补偿提供有益的参考和借鉴。     

基于多体理论模型的加工中心热误差补偿技术

基于多体系统理论,建立了数控加工中心热误差模型,并提出其误差补偿方法,以三坐标MAKINO加工中心为例,建立了具体模型并进行参数辨识,优选了4个测温点,实时测量其温度,作为误差参数辨识模型的输入值,实现了软件实时补偿,在该加工中心上分别沿3个坐标方向加工一系列表面并比较加入热误差补偿的结果,测量结果表明补偿效果显著,实践说明本文所建热误差模型的有效性和补偿方法的可行性。     

数控加工刀位点精简及相邻轨迹一致拟合方法研究

针对刀位点从CAM离散后有大量冗余点,直接拟合会带来计算负荷等不足。为此采用刀位点精简方法,对刀位点根据误差阈值选取特征点。设定距离阈值,搜索这一段的最小距离,如果最小距离小于阈值,两个端点压缩成一个中点,以此得到的特征点采用离线的样条拟合得到数控加工轨迹,使之能保证拟合的相邻刀位轨迹一致。以一个鼠标模型一行刀位轨迹为例,采用不同方向精简刀位点方法,和所提出的相邻刀位轨迹拟合方法对比,采用不同方向精简刀位点拟合方法,拟合的刀位轨迹不平行,提出的方法能保证相邻轨迹的一致,验证了方法的有效性。