五轴联动机床联动精度检测及优化方法

提出一种五轴数控机床联动精度快速检测方法:通过特殊检测轨迹下RTCP检测机床联动精度,依据刀尖点误差轨迹分析并溯源与其他驱动轴不匹配的驱动轴,通过优化驱动轴伺服系统参数提升五轴机床联动精度。通过对比优化前后标准检验试件——S形试件的试切质量,验证了该方法的有效性。     

一种五轴联动机床动态精度检测及优化方法

提出一种用于机床动态精度快速检测与优化的方法。在完成机床静态精度调整基础上,通过S形试件检验机床加工精度是否达标。基于S件测量结果及机床五轴联动(RTCP)精度检测,搜寻并分析存在问题的驱动轴,通过编制特定程序并测量机床运动轨迹,在对轨迹进行频域分析、圆度分析的基础上,完成机床机械结构和动态性能参数的调整,进而提升机床动态精度。通过在20多台五轴联动数控机床上应用,大幅提高了机床的加工精度,验证了上述方法的有效性。     

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。     

基于西门子Trace Service数控机床五轴联动精度评估模块二次开发

以西门子840D sl SINUMERIK Operate为系统应用框架,基于Trace Service数据采集功能,开发了一种以空走S试件轨迹为对象的数控机床五轴联动精度评估模块。针对Trace Service数据采集机制进行核心原理分析,通过S试件轨迹运行过程的数据需求,梳理数据采集流程并设计坐标轴数据采集子模块,再将数据采集结果进行分析提取进行坐标轴向刀尖点的转换,结合图形数字化手段完成轮廓误差图形与指标展示,综合实现数控机床五轴联动精度的评估。该模块利用S试件优秀的联动精度评估性能,集成高效数据采集与轮廓评估展示,避免了传统模式下采集和评估过程的繁琐性,有效提升了评估过程的经济性与效率。     

基于球杆仪的五轴数控机床误差快速检测方法

几何误差是五轴数控机床重要误差源,针对传统测量方法仪器昂贵、测量周期长问题,提出基于球杆仪的五轴数控机床几何误差快速检测方法。对于机床的平动轴误差,利用多体系统理论及齐次坐标变换法,建立平动轴空间误差模型,通过球杆仪在同一平面不同位置进行两次圆轨迹,辨识出4项平动轴关键线性误差;针对五轴机床的转台和摆动轴,设计基于球杆仪的多条空间测试轨迹,完整求解出旋转轴12项几何误差。实验结果显示,所提方法获得转角定位误差与激光干涉仪法最大误差为0.001 8°,利用检测结果进行机床空间误差补偿,测试轨迹偏差由16μm降至4μm,为补偿前的25%,验证了方法的有效性。提出的五轴机床几何误差检测方法方便、便捷,适用于工业现场。     

基于多误差源耦合的五轴数控铣床加工误差综合预测及评判

在综合考虑机床动静态多种误差源的基础上,建立了各运动轴伺服运动模型和多体联动模型,给出了刀具的实际运动位置和姿态,基于包络理论求解了曲面加工实际成形面,对比理想数学模型,对加工误差进行了综合预测和评判。以复杂非可展曲面--S试件为例,给出了S试件的铣削精度构建方法,分析了机床动态因素(位置环、速度环等)对零件铣削精度的影响,并通过切削实验后的数据回归分析予以验证。建立了基于神经网络的机床铣削误差辨识模型,用于评估机床加工后的状态。该平台的搭建为实现大型、关键零件的加工精度预测和保障提供了技术支撑。      

基于综合评价体系的五轴数控机床加工性能评价和误差溯源方法

五轴数控机床的加工性能在制造行业一直是研究的热点,基于检验试件切削是常见的测评方法,然而试件和机床之间的映射关系难以确定,出现误差后如何调整精度成为难点。为了科学对其评价,通过仿真平台建立了机床控制系统参数与五轴机床检验试件——S试件加工误差之间的映射关系,引入机床各轴分类评价的隶属度,此基础上开发了误差溯源的综合评价体系,由三坐标测量机得到的S件轮廓误差数据反求出机床的加工性能等级和较差的轴类控制参数,并制订了基于S试件的机床加工精度测评规范,最后通过某五轴AB摆数控机床的切削试验,验证了方法的有效性。该成果有助于解决我国高端制造业长期缺乏机床性能测评的共性技术问题,具有重要的应用前景和经济价值。     

基于微分变换的数控机床几何误差建模的研究

研究多轴联动数控机床几何误差建模的问题。将运动轴的几何误差等效为微分运动,利用微分变换来描述各运动轴的微分运动对机床理想变换造成的误差,由此提出基于微分变换的几何误差建模方法。在分析机床运动链时,选择以工件坐标系为基准,使误差模型的基准与编程基准一致。用一条运动链完整表达运动轴的传动关系。最后进行了三轴联动测试轨迹的误差补偿试验,补偿后的轨迹精度得到了显著的提高,验证了误差模型正确性及有效性。     

不同指令轨迹条件下滚珠丝杠进给系统运动精度特性研究

滚珠丝杠进给系统是高档数控机床重要部件,其运动精度决定了多轴联动加工机床的加工精度,在高速、高精度滚珠丝杠进给系统中,其指令轨迹参数是影响运动精度的重要因素。基于Simulink和Simscape搭建滚珠丝杠进给系统半物理机电耦合仿真模型,考虑不同指令轨迹参数,开展运动精度仿真及分析。结果显示,指令轨迹的位置、速度和加速度等参数对滚珠丝杠进给系统运动精度有重要影响,因此,在多轴联动加工机床中,合理规划进给系统轨迹参数对于提高其运动精度具有重要意义。     

五轴机床RTCP检测的轨迹生成与性能比较

对于五轴数控机床来说,伺服系统动态性能有限引起的动态误差是高速高精度运动过程中影响加工精度的主要因素。基于刀尖跟随（Rotation tool centre point,RTCP）功能的机床精度检测是一种较为常见的五轴机床动态性能检测方法,相较于其他方法,具有检测精度高、检测轨迹可变、受其他误差项干扰较少的优点。进行基于RTCP功能的机床精度测量的关键是驱动各运动轴联动的检测轨迹,而现有的检测轨迹生成方式比较简单,没有能够充分的反映机床的动态性能,检测性能目前并不令人满意。采用复杂程度4种不同的RTCP轨迹生成方法即区域弧线、简单函数、复合函数、样条拟合,分别生成了4条RTCP检测轨迹,通过比较这些检测轨迹的检测性能,评判检测轨迹生成方法的优劣性,选出最优的RTCP检测轨迹生成方法,可用于指导RTCP检测轨迹规划。     

CNC机床动态特性与S形试件轮廓误差映射关系分析

以双摆头五轴数控机床为研究对象建立了仿真模型,并对其准确性进行了实验验证。然后通过仿真分析揭示了S形试件轮廓误差在试件各分区的表现规律。基于机床动态特性与S形试件轮廓误差的映射关系,可以为实际加工中五轴数控机床动态性能参数的调整、机床性能评价及加工误差的溯源和辨识提供指导依据。     

基于双激光跟踪仪的五轴联动激光机床空间精度检测

五轴联动机床的空间精度是衡量五轴联动机床性能的关键指标，针对五轴联动激光机床在空间精度检测过程中，因受限于五轴联动激光机床的空间结构特点而难以测量的问题，提出基于两台激光跟踪仪对五轴联动激光机床空间精度进行识别与测量的方法。两台跟踪仪分别记录五轴联动激光机床上下两部分运动轨迹，并将轨迹坐标提取出来，再将坐标值根据相同位置进行综合汇总提取，然后通过曲线拟合得到最终合成轨迹，最后用最小二乘法比较设定轨迹与实测拟合轨迹的差值，得到机床的空间轨迹精度。试验测试表明，相较于传统的激光干涉仪或连杆仪的测量方式，通过双激光跟踪仪标定拟合的方式可以更快速有效地得到五轴联动激光机床绕B、C轴进行RTCP联动的精度和空间轨迹精度，并且该方法具有较高的可操作性与重复性。     

五轴机床各轴刚度对S试件的轮廓误差影响的建模仿真

成都飞机工业集团提出的S试件是针对五轴数控加工中心的动态加工精度而设计标准试件,并且该试件在机床的验收工作中取得了良好效果,但S试件的各项误差与机床各单项性能指标对应的映射关系尚无法精确建立,为研究机床各轴刚度特性对S试件轮廓误差的影响,文中建立了机床各轴的动力学模型,并基于多体空间理论建立了五轴机床的运动学模型,结合...     

数控机床空间运动精度快速评价方法研究

针对如何快速有效评价数控机床空间运动精度的问题,提出一种基于球杆仪检测信息的精度评价方法。首先规划三组两轴联动的圆弧测量轨迹,该轨迹仅需单次安装即可获取机床空间精度信息。然后提出空间精度评价指标,并将指标求解转化为一类球面拟合的最优化问题。最后在一台立式加工中心上开展球杆仪误差检测与评价实验,验证了所提方法的准确性与有效性。     

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。     

机床精度检测航空薄壁标准件的设计方法研究

机床标准件的设计及优化一直是国内外关注的重点,因为其对于机床相关性能的检测及评估起到积极作用。结合国内外通用的五轴数控机床的标准试件的优缺点,并对比ISO国际标准试件、美国NASA979系列试件、"S"形试件等试件的结构特征与机床性能检测特性的优缺点,综合现有大部分航空零件的特征,考察了这一类型工件加工机床的特性,设计出"X"形新型航空薄壁标准试件。首先对"X"形航空薄壁试件进行有限元分析并对开闭角与曲线曲率连续性等特征进行计算,根据有限元分析结果首次提出加工复杂度系数概念,对比切削力与热载荷,切削力在残余应力生成中占主导地位,在只考虑切削力的作用下,深入研究了"X"形航空薄壁试件在几何造型和机械结构设计方面的特性,证明了"X"形航空薄壁试件能够优于其他标准试件,在数控机床多轴联动精度和动态刚度特性的检测方面更具全面性与优越性。为基于"X"型新型航空薄壁标准试件的五轴数控机床综合动态精度检测特性研究提供科学依据及有效方法。     

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。     

[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。     

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。     

基于微分变换的多轴数控机床几何误差解耦研究

基于几何误差可等效为微分运动的原理,提出了基于微分变换的多轴数控机床几何误差建模的方法;运用雅可比矩阵建立了补偿值与刀具位姿误差之间的映射关系,矩阵中的元素可通过微分变换进行求解,由此利用雅可比矩阵的广义逆建立误差解耦模型。在此基础上,设计了多轴数控机床通用的自动化解耦计算流程。最后进行了五轴联动测试轨迹的误差补偿实验,补偿后的轨迹精度得到了显著的提高,验证了误差模型及解耦算法的有效性。