无限旋转C轴工作台结构的五轴机床后置转角求解

当前五轴机床C轴工作台的转动行程已由某个限定范围扩展为无限范围（n×360°）, 但通常后置处理中的转角求解方法不能使求解范围扩展到无限,因而制约了机床性能的发挥。针对该问题,建立基于多体系统理论的五轴机床转动轴运动学方程,通过定义“最小运动圆周”来改进五轴机床转角的计算方法,对后置转角求解区域进行了扩展,并给出了具体的求解流程。该求解算法可以有效提高C轴工作台的转动连续性。最后在某结构类型的机床上进行了后置求解仿真试验,验证了算法的可行性和有效性。     

6自由度解耦机器人运动学逆解优化的研究

针对6自由度解耦机器人的多解问题,分析了机器人的正、逆运动学解,提出了基于最短行程原则的运动学逆解优化方法,确保机器人系统取得合适的逆解。该方法利用6自由度解耦机器人位置与姿态解耦的特性分别给出相应的目标函数,为提高逆解优化的效率,两个目标函数采取主从式的结构。这种优化方法基于关节变量的加权均值,计算简洁又体现了最短行程的原则。最后以PUMA560机器人为例验证该方法是有效的。     

MATLAB环境下六自由度焊接机器人运动学逆解及优化

通用工业机器人运动学方程有多组逆解,而机器人系统最终只能选择其中的一组解来驱动机器人进行工作,因此需要对多组逆解进行选择优化后作为机器人的最优解。由于逆解的求解过程非常复杂,因此通过分析焊接机器人的正、逆运动学求解过程,提出用MATLAB GUI编程来自动求解机器人的多组逆解,并采用最短行程的原则自动寻找机器人的最优解。与其他方法相比,该方法简单明了,计算速度快。最后给出两组计算实例来验证计算机求解结果的正确性。     

大行程转动柔性铰链性能测试及实验

针对大行程柔性铰链铰链运动范围较大,转动误差相对较小,实现其转动精度的测量比较困难的问题,提出了一种间接测量大行程柔性铰链转动精度的方法.首先对柔性铰链转动精度的衡量指标进行定义和比较;然后选择合适的指标,提出间接测量该柔性铰链转动中心漂移量和刚度的方法.该方法利用工具显微镜测量铰链运动刚体上的两个特征点在转动过程中的坐标值,从而解算出柔性铰链在不同转角时转动中心点的位置.由此不仅得到了转动中心漂移的大小,还可以得到轴漂的方向.基于该方法搭建了实验平台并对实验误差进行了分析,分析显示其误差主要为特征点坐标的测量误差.实验结果与有限元仿真对比表明,测量结果的误差小于0.006 mm,基本满足对大行程柔性铰链精度测试的要求.     

7自由度串联机器人运动学分析

以北京某大学自行研制的7自由度串联机器人为研究对象,对其运动学正解和逆解进行分析和研究。应用旋量方法推导出该机器人的运动学正解求解方程。在运动学正解求解方程基础上,采用位姿分离方法,将7自由度串联机器人的运动学逆解问题分解为位置逆解和姿态逆解两部分,并结合几何法和最短行程原则优化计算位置逆解和姿态逆解,继而完成了该机器人的运动学逆解求解。仿真结果验证了该7自由度串联机器人运动学逆解求解方法的正确性,且证明了该方法具有运算量小和精度高等特点。     

基于贪心-遗传算法的混合轨迹加工走刀空行程路径优化

针对数控自动编程中交互式图形文件存储图元的无序性,提出基于贪心算法和遗传算法的新型多轮廓混合轨迹加工路径优化方法,利用遗传算法对各个轮廓轨迹的前后加工顺序进行优化排序,并融合贪心算法对某种加工顺序中相邻轨迹段之间的空行路径的控制点进行选择,进而计算总空行程和个体的适应度,然后对个体进行评价选择、交叉、变异等遗传操作。该算法不仅简化了遗传算法的编码方式,而且还排除了无效解。经编程仿真及试验测试,结果表明：算法有效地缩短了刀具的空行程、减少了刀具的起落次数、提高了加工效率。     

UG8.5/Post Builder模块五轴数控机床后置处理过程研究

研究了基于UG8.5/Post Builder后置处理构造器构造后置处理模块的基本流程,重点阐述了构造后置处理模块中的主要步骤,构造了用于双转台五轴加工中心的后置处理模块。以叶轮三维模型为例,运用该后置处理模块进行后置处理自动生成加工程序,在Huron K2X8 Five五轴数控机床上进行叶轮实际加工,加工结果完全符合要求。实践证明,该方法构造的后置处理模块完全满足实际加工的需要。     

基于几何非线性方法的大行程柔性并联机器人位置解

提出了一种厘米级行程、微米级精度的柔性6-PSS并联机器人,该机器人的被动关节采用了大行程柔性铰链。首先,提出了大行程柔性铰链的概念并建立了其刚度矩阵;通过组集支链刚度矩阵以及建立适当的协调方程,得到基于刚度矩阵的柔性并联结构的位置解模型;由于模型中几何非线性问题的存在,在求解位置反解时,采用了修改的拉格朗日列式法;最后,给出了基于增量法解答的位置解算例。     

汽车悬架优化过程的Pareto最优解

针对悬架优化过程目标函数相互冲突的问题,建立了四自由度半车模型,并施加随机路面激励,在此基础上研究了悬架多目标优化(MOP)。采用Matlab软件m文件与Simulink相结合的方法对悬架刚度、阻尼参数进行了数值模拟,分析了刚度或阻尼变化时悬架动行程与车身加速度之间的变化关系,并提出了一种通过数值模拟求解两目标函数优化下Pareto最优解的方法。研究结果表明,该方法可以有效地获得悬架动行程及车身加速度两目标函数下的优化解。     

MasterCAM后置处理文件的高级编程方法及其应用

介绍了MasterCAM后置处理文件PST文件的高级编程方法。给出了PST文件的语法特点,在此基础上,针对MasterCAM二维轮廓加工方式的后置处理中的缺陷,修改了相应的后置处理算法。实践证明,该方法正确有效。     

Improved machine tool linear axis calibration through continuous motion data capture

Machine tool calibration is becoming recognised as an important part of the manufacturing process. The current international standards for machine tool linear axes calibration support the use of quasi-static calibration techniques. These techniques can be time consuming but more importantly a compromise in quality due to the practical restriction on the spatial resolution of target positions on the axis under test. Continuous motion calibration techniques have the potential to dramatically increase calibration quality. Through taking several measurement values per second while the axis under test is in motion, it is possible to measure in far greater detail. Furthermore, since machine tools normally operate in dynamic mode, the calibration data can be more representative if it is captured while the machine is in motion. The drawback to measuring the axis while in motion is the potential increase in measurement uncertainty. In the following paper, different methods of continuous motion calibration are discussed. A time-based continuous motion solution is proposed as well as a novel optimisation and correlation algorithm to accurately fuse the data taken from quasi-static and continuous motion measurements. The measurement method allows for minimal quasi-static measurements to be taken while using a continuous motion measurement to enhance the calibration process with virtually no additional time constraints. The proposed method does not require any additional machine interfacing, making it a more readily accessible solution for widespread machine tool use than other techniques which require hardware links to the CNC. The result of which means a shorter calibration routine and enhanced results. The quasi-static and continuous motion measurements showed correlation to within 1 μm at the quasi-static measurement targets. An error of 13 μm was detailed on the continuous motion, but was missed using the standard test. On a larger, less accurate machine, the quasi-static and continuous motion measurements were on average within 3 μm of each other however, showed a standard deviation of 4 μm which is less than 1% of the overall error. Finally, a high frequency cyclic error was detected in the continuous motion measurement but was missed in the quasi-static measurement.     

新型3T2R龙门式混联机床动力学模型

提出了一种以能实现沿X、Z轴平移和绕X、Y轴转动的新型并联机构2-RPU2-UPS作为主体,辅以能实现主体Y轴滑动的直线导轨来共同实现五坐标联动加工的一种新型龙门式混联机床的机构设计方案。运用螺旋理论分析了该机床实现3T2R运动原理,计算出该机床的自由度,进行输入选取与论证,并进行机床机构奇异分析,提出减少奇异的参数设计条件。建立该机床的位置反解数学模型,推导出了该机床的速度雅可比矩阵和加速度分析表达式,求解了该机床的位置反解、速度和加速度。基于虚功原理和该机床的运动学模型建立该机床的动力学模型,并采用Adams软件对该机床动力学进行模拟仿真,模拟结果表明理论结果完全正确。     

6UPS并联机构铰链间隙误差的标定与精度分析

研究了常用的机构标定方法及相应的测量工具,使用激光干涉仪完成了测量实验,并使用矢量法误差求解模型对测量结果进行了分析计算,获得了机构静平台铰链的安装位置误差、杆长的误差变化、动平台铰链的位置误差数值,并提出了采用拟合误差椭球面的方法对铰链位置装配误差与铰链间隙误差进行分离的误差分析方法,研究了椭球的求解方法,得到了椭球的长轴、次长轴和短轴参数,进一步比较了所有铰链误差在坐标系中的空间分布情况,研究了机构安装结构和铰链类型与误差分布规律的相互关系,这样优化的误差数据可以取得比较好的补偿效果。     

基于模糊综合评价的数控磨床运动方案设计

为满足对工件不同型面的磨削加工要求,本文提出了一种新的数控磨床运动功能方案.通过对数控磨床运动功能进行分析,建立数控磨床运动功能的形态学矩阵,获得多种结构方案:然后应用模糊综合评价方法,对所提出的结构方案进行选择,获得最优结构方案.     

[可靠性建模及试验技术]基于元动作模块的多轴数控机床精度分析

为充分发挥多轴数控机床大数据的价值，降低运动精度的预测难度，提出了基于元动作模块的精度分析方法。采用多体模型描述机床运动系统的结构和运动关系，利用旋量理论和微分方法推导了用于运动精度评价的坐标误差模型；规划了多轴数控机床大数据驱动的精度分析的结构框架，并重点论述了以元动作模块为基本组成单元的分布式元动作数据库的构建方法，该方法充分发挥历史大数据和实时动态数据的价值，保证了机床运动系统的仿真和精度预测的稳定性与准确性。通过对五轴联动加工中心的刀具运动系统的实例分析，验证了精度分析方法的简便性和适用性。     

活塞生产线中复合专机的结构布局形态方案创成

研究了概念设计阶段活塞生产线中复合专机的结构形态创成方法。先综合分析了活塞加工工艺路线，根据复合专机所实现的工序方案，确立了复合专机的基型机的运动及结构形态方案，然后根据生产线及工艺的需求，创成设计出复合专机的结构形态方案，为活塞加工生产线中复合专机的详细设计提供依据。     

基于混沌相空间重构的数控机床运动精度演化分析

数控机床运动精度状态的变化是一个复杂非线性动力系统的时空演化过程,难以通过数学建模方法分析其演化规律。提出基于混沌相空间重构理论的数控机床运动精度演化分析方法。根据混沌系统内在的规律性和有序性,分析基于相空间重构的数控机床精度演化原理,对数控机床运动精度的一维时间序列进行相空间重构,从而得到与原系统拓扑同构的高维相空间。提出用相点轨迹描述运动精度在相空间中的演化规律,构造一个非线性演化模型,用相点的多维分量构成输入向量,对其精度趋势进行演化。实验结果表明,基于混沌相空间重构的演化模型,可以很好地追踪数控机床运动精度的演变趋势和规律,且具有较高的演化精度。     

数控机床空间误差球杆仪识别和补偿

提出了多轴机床空间误差的球杆仪识别方法和补偿技术。建立了机床刀尖相对工件的空间误差的误差参数模型;给出了在机床工作空间中三个互相垂直的平面内,用球杆仪测量圆周运动的半径误差结合机床的空间误差模型识别定位、直线度、角度、垂直度和反向间隙等误差参数的方法。补偿试验结果证明该误差识别与补偿方法省时有效。     

Precision design for machine tool based on error prediction

Digitization precision analysis is an important tool to ensure the design precision of machine tool currently.The correlative research about precision modeling and analysis mainly focuses on the geometry precision and motion precision of machine tool,and the forming motion precision of workpiece surface.For the machine tool with complex forming motion,there is not accurate corresponding relationship between the existing criterion on precision design and the machining precision of workpiece.Therefore,a design scheme on machine tool precision based on error prediction is proposed,which is divided into two-stage digitization precision analysis crucially.The first stage aims at the technology system to complete the precision distribution and inspection from the workpiece to various component parts of technology system and achieve the total output precision of machine tool under the specified machining precision;the second stage aims at the machine tool system to complete the precision distribution and inspection from the output precision of machine tool to the machine tool components.This article serves YK3610 gear hobber as the example to describe the error model of two systems and basic application method,and the practical cutting precision of this machine tool achieves to 5-4-4 grade.The proposed method can provide reliable guidance to the precision design of machine tool with complex forming motion.     

虚拟轴机床并联机构的自适应动态滑模运动控制

虚拟轴机床系统模型复杂难以准确建立,高速加工时存在强烈干扰且不确定,难以实际实现高性能控制,为此,提出一种新型自适应动态滑模控制方法,用于虚拟轴机床并联机构运动控制。通过构建新型动态切换函数,设计二阶动态滑模控制,以解决采用常规等效控制设计的滑模控制系统,因忽略执行机构快变动力学特性等而导致控制系统品质降低甚至不稳定的问题,同时避免滑模抖振的出现;引入自适应控制对虚拟轴机床加工时的外界干扰等不确定因素进行在线估计,以克服滑模控制性能需依赖于对未知干扰的先验估计的局限,增强虚拟轴机床克服高速加工时的强烈干扰的能力,进一步提高其控制性能。仿真和试验结果表明,采用自适应动态滑模控制方法,可使虚拟轴机床控制系统具有较好的自适应能力,较强的鲁棒性,良好的动态、稳态品质。