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。     

基于摩擦补偿的机床进给系统控制器

为了弥补机床进给系统控制器的设计缺陷,以机床进给系统为研究对象,基于机床导轨的摩擦补偿方法对其进行研究.首先,建立了机床控制系统的基本结构,并探究了其Stribeck曲线和Hysteresis曲线;其次,提出了馈送驱动器的动态模型的数学模型,并给予动态模型提出了软件系统的控制策略,设计了硬件系统,并且绘制了主电路和控制电路;最后,基于硬件系统和软件系统对机床进给控制系统进行了仿真实验研究.研究结果发现:在2.0~2.2s之间的区域中PD控制策略比DOBVSC和PD+FF+DOB更有效;在4.0~4.2s之间的区域中,PD+FC控制策略维持摩擦补偿性能更好;不同补偿控制方法控制的进给驱动器的跟踪误差的实验值和模拟值的误差低于7%,且状态观察法(PD+FC)属于最优控制策略.     

X-Y直线电机精密运动平台的轮廓误差主动补偿

为了减小X-Y直线电机精密运动平台同步控制的轮廓误差,提高系统的控制精度,针对传统交叉耦合控制结构的不足,提出多电机控制系统的轮廓误差主动补偿结构。首先,以永磁同步直线电机为例分析单轴伺服定位跟踪误差,指出跟踪误差和位置参考有关,结合实际工况中参考指令的扰动,将耦合补偿量最终统一为参考指令的校正加入到系统中,提出轮廓误差主动补偿结构,将轮廓误差补偿量分别补偿到各轴伺服的位置环和速度环,并通过仿真和实验进行验证。结果表明:采用主动补偿方法的X-Y两轴运动平台跟踪大曲率复杂轨迹的轮廓误差平均值为20.68μm;单轴跟踪误差最大值为70μm。相比传统交叉耦合控制结构,主动补偿结构轮廓误差精度提高了15.5%,同时降低了单轴的跟踪误差,并能抑制参考指令扰动。     

双驱同步控制的误差预补偿算法与试验

针对双驱进给系统的同步控制,设计了一种新的补偿算法。首先,根据双丝杠工作台的结合部刚度,建立滚珠丝杠运动系统的动力学模型。然后在不同进给速度和工作台位置下,对双驱进给的同步误差进行检测,得到同步误差的多元线性回归模型,利用动力学模型与多元线性回归模型可综合得出双驱同步控制的误差预补偿模型。采用自主研发的双驱进给试验平台进行双驱进给的补偿试验,对比传统的虚拟主轴同步控制策略、主从同步控制策略与本文所提出的误差预补偿控制策略,对双驱进给的速度跟随精度与位置同步精度进行对比分析,试验结果表明,双驱同步控制的误差预补偿策略具有同步精度更高,稳定性更好的优点。     

基于进给速度修调的轮廓误差控制研究

在分析进给速度对轮廓误差影响的基础上,提出了一种基于进给速度自动修调的轮廓误差控制方法,并设计了相应的轮廓误差控制器。通过其在西门子840D数控机床上的应用,可以有效控制加工过程中的轮廓误差,从而为进一步提高工件轮廓加工精度提供了重要的方法与理论依据。     

应用潜变量回归在线补偿双直接进给轴热误差

为了提高直线电机驱动的双直接进给轴的运动精度,对该类进给轴的热误差进行了建模并研究了误差补偿方法。分析了双直接进给轴进给过程中热误差产生的原因及其补偿的复杂性,给出一种基于潜变量回归的双直接进给轴热误差在线补偿方法。该方法应用激光干涉仪测量进给轴的热变形量,使用热电偶和红外测温仪测量进给轴关键点的温度变化;通过时间匹配变形和温度数据得到统计样本并建立基于潜变量回归的热误差识别模型。以模型的在线计算确定误差补偿量,给出了与数控系统兼容的补偿控制输出策略及补偿系统构建方案。在自构建的龙门双直线电机驱动进给轴平台上进行了在线补偿实验。结果表明:应用潜变量回归方法对双直接进给轴进行热误差补偿可使双直接进给轴的热误差减小75%。     

基于学习的2x/y直线进给轴圆轮廓误差精密补偿方法

为了提高龙门2x/y直线进给轴联动的圆轮廓精度,对进给轴联动圆轮廓误差的测量、评价和补偿方法进行研究。分析直线电动机驱动的进给轴联动过程存在圆轮廓偏差的原因及其补偿的复杂性,给出一种基于学习的联动轴圆轮廓误差在线精密补偿方法,此方法通过双光束激光干涉仪动态精密测量x/y联动轴的实时坐标值,应用最小二乘圆方法评价确定理想圆,接着通过与理想圆轴坐标位置的比较,计算得到轴向偏差学习样本,建立基于最小二乘支持矢量回归机(Least square support vector regression,LS-SVR)方法的轴向偏差离线识别模型,通过模型的在线回归计算确定联动进给过程的偏差补偿量,给出补偿量控制输出策略与补偿系统构建方案,在自构建的直线进给轴平台上进行在线补偿试验。结果表明应用该方法对2x/y直线进给轴联动的轴向偏差进行在线补偿,可使圆轮廓精度提高68.7%。     

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。     

2X/Y直线进给轴直线轮廓误差的学习补偿方法

为了提高2X/Y直线进给轴的联动直线轮廓精度,研究了进给轴联动直线轮廓偏差的测量、评价和补偿方法.分析了直线电机驱动进给过程存在直线轮廓偏差的原因及其补偿的复杂性,给出一种基于学习的直线轮廓误差在线精密补偿方法.该方法通过激光干涉仪的2D时间基准精密测量龙门联动轴直线轮廓的实时坐标值,应用最小二乘方法评价确定理想直线方...     

基于实时轮廓误差估算的数控系统轮廓控制

为解决数控加工中轮廓误差实时计算与补偿难以实现的问题,提出了一种基于实时误差估算的数控系统轮廓误差控制方法。该方法一方面采用样条插值法构建轮廓曲线,通过缩小指令采样点的搜索范围来减小计算工作量;另一方面通过轮廓误差估算来提高计算效率。依据估算的实时轮廓误差设计轮廓控制器,根据指令采样点坐标与实际位置坐标的差值设计位置补偿器,协调轮廓控制器与位置补偿器之间的工作,以保证数控系统的轮廓控制精度。该方法克服了传统切向轮廓控制与位置跟踪补偿控制中计算过程复杂、计算工作量大、轮廓误差实时计算困难等缺点。仿真实验结果表明,该方法计算量小、实时性好,且能有效控制轮廓误差。     

基于直线电动机驱动的2X-Y联动进给轴圆轮廓误差测试研究

分析高速机床上直线电动机驱动进给轴的优越性,构建了基于直线电动机驱动的2X-Y联动进给轴实验平台,给出了联动进给轴在XOY平面内的圆轮廓误差的评定方法和误差值的两个表现形式:圆度的偏差和均方根差。探讨了应用双频激光干涉仪测量实验平台圆轮廓误差的测试原理和方法,并对2X-Y联动进给轴圆度的偏差和均方根偏差进行测试实验研究,测试结果表明圆度的偏差和均方根偏差都随进给速度增大而增大,随进给加速度增大而减小,圆轮廓插补过程应当避免1m/s2以下的过小进给加速度。     

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。     

基于参考轨迹修正的机床进给误差动态补偿研究

针对机床伺服进给系统的跟踪精度问题,对线性伺服动力学补偿器和闭环伺服控制系统进行了研究,提出了一种新的动态误差补偿方案,该方法通过修正参考轨迹,对伺服动力学和摩擦干扰引起的定位误差进行了预补偿。首先,对参考轨迹的速度和加速度曲线进行了调制,实现了精确跟踪;然后,根据预滤波器状态,对参考位置曲线进行了修正,从而消除了象限毛刺;通过数字轨迹预滤波器得到了最优误差补偿,并通过迭代学习对其参数进行了自动调整;最终,在不同加工参数的多轴进给系统中进行了测试。研究结果表明:该补偿方案通过将2个补偿滤波器相结合,能够在无需复杂专业知识的条件下简单有效地将轮廓误差从10μm降至1μm,且适用于任意刀具轨迹。     

精密回转类零件磨削制备实验研究

回转类零件是制造领域中十分重要的一类零件,对其制造精度要求也日渐提高。针对目前精密回转类零件的制备成本高昂的情况,通过对微粉砂轮磨削机理及磨削过程进行研究,提出了圆度逼近理论使工件轮廓法向误差收敛,使其趋于理论轮廓。根据工件实际轮廓与理论轮廓之间的法向误差,提出速度补偿代替工件形状误差补偿的实验修整方法。最后利用普通外圆磨床对直径为125mm的GCr15回转类零件进行磨削实验,经过多次误差补偿循环修整磨削实验,其圆度从10.34μm改善至0.35μm,达到了精密生产的需求。     

PLC在数控机床轮廓误差控制中的应用

数控机床加工零件时,由于其系统动态特性不稳定很容易产生轮廓误差。本文基于控制轮廓误差的基本理论,针对西门子840D系统提出了轮廓误差控制的一种具体方法,即通过设计进给速度修调器,利用PLC编程自动调整进给倍率,从而获得加工轮廓误差最小的最佳进给速度范围。     

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。     

凸轮轴数控磨削轮廓误差分析与补偿

在分析国内外磨削加工误差分析与补偿研究现状基础上,针对X轴和C轴两轴联动的凸轮轴数控磨削的轮廓误差提出一种轮廓误差分析和补偿策略,以提高凸轮磨削加工精度。基于凸轮轴数控磨削的X-C联动运动模型,推导了由凸轮升程表到磨削加工位移表的数学模型;指出凸轮升程与轮廓的误差变化规律在趋势上具有一致性。基于最小二乘多项式方法对多次磨削加工实验的凸轮升程误差进行一系列拟合处理,得到稳定的、可重复的凸轮升程预测误差;将升程预测误差按一定比例反向叠加到理论升程表中,采用最小二乘多项式法进行光顺,得到光顺的虚拟升程表;利用虚拟升程表对同类型凸轮轴进行磨削加工实验。实验结果表明,砂轮架速度和加速度在机床伺服响应范围之内,凸轮最大升程误差与最大相邻误差降低,凸轮轮廓表面粗糙度值满足加工要求,从而证明该误差分析和补偿方法是正确可行的。     

隔振数控机床的轮廓误差控制方法研究

针对机床在加工过程中的颤振与惰性力传递振动,提出了一种进给驱动的隔振以及轮廓误差补偿算法。首先在参考轴的命令信号中施加输入修正滤波器来避免残余振动,所施加的输入修正滤波器可以结构模态激振,但是会增大跟踪误差和轮廓误差。所提出方法的跟踪误差由驱动轴的闭环传递函数来估计,同时用来预测映射到每一根轴的轮廓误差,预测的结果用来进行预补偿。将所提出方法通过在XY两轴平台上进行试验,验证了结合隔振和轮廓误差补偿方法的有效性,试验结果表明所提出方法能够提高了阻尼和轮廓精度。     

基于状态方程磁电编码器角度误差主动监督补偿方法研究

针对磁电编码器角度值易受到高频噪声影响,影响角度值输出精度问题,提出了一种基于卡尔曼滤波器及运动状态方程角度值误差主动监督补偿方法。为了降低角度值观测噪声,采用基于运动学状态方程角度值观测方法,有效抑制了磁电编码器角度值观测噪声;提出了基于神经元角度值误差自适应补偿方法,实现了角度值误差观测的自适应收敛过程。针对角度值误差收敛速度缓慢问题,采用基于卡尔曼滤波器角度值误差主动监督补偿方法,调节误差补偿系数进而提高角度值观测误差的收敛速度,经过实验证明所提方法的有效性,在角度值过零点位置的大角度跳变工作位置,采用跟踪性能较好的状态误差调节系数保证了角度值跟踪的一致性。在角度值平滑跟踪状态下,采用所提方法角度值精度从±3°提高到了±0.082°。     

基于BP神经网络的空间轮廓误差自适应补偿

提出了矢量化的空间轮廓误差建模方法,并基于BP神经网络提出了交叉耦合控制器参数的自适应调整方法,使用三层神经元,根据进给速率以及曲率的变化进行控制器参数的自适应调整,而在补偿量的分配问题上则充分利用已有数据,以减小系统的计算量。实例仿真表明,所提出的自适应控制方法在进给速率设定值变化以及加工轮廓的半径发生变化时,都可以很好地控制轮廓误差的大小,提高轮廓加工精度。