基于球杆仪的高速电主轴热漂移检测方法

高速电主轴的热漂移误差直接影响机床定位精度和工件表面加工质量.文中尝试应用球杆仪快速准确检测高速电主轴的热漂移量,在研究机床电主轴系统结构和球杆仪检测原理的基础上,提出了一种能够快速有效地检测高速电主轴热漂移规律的新方法--球杆仪法.首先提出机床的几何误差和热误差的检测及分离原理,建立分离热漂移误差的数学模型,最后进行球杆仪检测实验,测得机床空载时的主轴端热漂移误差,并得到其变化规律曲线.相时于传统热误差检测法,该方法不需要贴片和时贴片点进行优化,计算和分析过程不需要复杂的计算分析,是一种实验操作和数据分析都简单有效的误差检测方法.     

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。     

基于参数化建模的球杆仪安装误差与直线轴几何误差分离方法

针对球杆仪圆测试中直线轴几何误差与球杆仪安装误差共同作用造成检测结果失真的问题,提出了基于参数化建模的球杆仪安装误差与直线轴几何误差分离方法.首先,通过齐次坐标变换建立了包含球杆仪安装误差与直线轴几何误差的杆长变化模型;其次,结合直线轴几何误差的位置相关特性对其进行参数化建模;接着,通过对直线度误差缺项建模,构建了可解的杆长变化参数化模型,实现直线轴几何误差与球杆仪安装误差的分离;最后,仿真验证了分离方法的正确性,并应用于实际的圆测试中,分离了数值为4.3 mm和18.7 mm的X向和Y向安装误差,X向与Y向综合几何误差分量变化范围由30.7 mm、27.9 mm减小为13.6 mm、11.4 mm,实现了球杆仪安装误差与直线轴几何误差的有效分离.     

基于热弹性理论与温度场积分中值定理的 电主轴热误差研究

电主轴热误差的精确建模较困难,且大多数仅关注轴向热误差而忽略径向热误差。 因此,提出了基于热弹性理论与温 度场积分中值定理的热误差建模方法。 用热弹性理论建立了电主轴轴承温度—热变形模型,将积分中值定理运用在轴向热误 差建模中,得到了关键点温度—轴向热变形的线性模型,仅需一个传感器测量关键点温度就可得到主轴末端伸长量。 分析电主 轴径向和轴向误差机理,得到耦合热误差模型。 设计了利用球杆仪快速测量电主轴热误差的新方法,将误差理论建模数据与实 际测量数据作对比,验证了其可行性,并将热误差模型导入自主开发的外挂式误差补偿器中,实验表明加工孔径热误差降低了 73. 5% 左右,证明该方法合理、有效。     

基于球杆仪位姿的机床回转台几何误差辨识研究

针对误差测量中由移动轴联动引起的旋转轴与移动轴误差耦合现象,提出一种基于球杆仪实际位姿的误差辨识方法。以CFXYZA型五轴数控机床的回转台为测量对象,设计了球杆仪X向,Y向及Z向组合测量模式,通过改变球杆仪中心座的安装位置和高度,共测得6组杆长变化数据,再利用齐次变换理论推导几何误差参数与杆长变化量的关系式,以辨识出回转台6项几何误差。测量试验和辨识结果表明,使用该法不仅提高了辨识精度,而且可消除测量过程中耦合的移动轴误差,对同类型机床回转台的几何误差测量、辨识均具有参考意义。     

卧式数控机床主轴温度场分布及对机床热变形的影响

分别应用红外热像仪测温技术和激光测距技术对机床温度场和机床热误差开展研究.着重分析三轴卧式数控机床的温度场分布、机床运行中的热行为以及两者之间的联系.经试验发现,主轴热误差是数控机床的主要误差源之一,主轴热误差与机床运行中的温度分布有紧密联系,主轴各方向变形量呈现出随主轴温度升高而明显增大趋势,并且主轴Z方向的伸长量远大于X和Y向的变形量.提出通过改善冷却和散热条件而降低主轴温度,以达到有效控制主轴热误差以及建立热变形补偿模型实施补偿等措施,经验证热变形改善效果明显.     

五轴数控机床摆动轴几何误差的测量与辨识

提出一种基于球杆仪的摆动轴几何误差测量和辨识的新方法。通过圆弧测量轨迹测量球杆仪球心在回转工作台上3个安装位置的球心偏差,并利用齐次坐标变换理论建立其几何误差的辨识模型,分两步从球杆仪测量结果中辨识出4项轴线位置误差和6项运动误差。在转摆台式五轴数控机床上采用球杆仪进行实验验证,通过比较误差补偿前后球杆仪的测量值来验证辨识方法的有效性。     

应用球杆仪分析数控机床误差

数控机床是一个典型的多体系统 ,若干部件以不同形式连接在一起 ,可以有多个分支。对数控机床误差源的大量研究表明 ,机床几何误差、热变形误差和载荷变形误差占总误差中的比例大 ,而刀具、夹具和工件误差也可列入总误差之中。对于以上的误差处理有两种方法 :其一是误差避免 ;其二是误差补偿。为进行误差计算和补偿 ,必须精确辨识各个独立的误差参数。误差辨识可采用单向误差直接测量法或综合误差测量参数辨识方法。球杆仪就是一种综合误差参数测量最有效的工具。球杆仪是由仪感器、磁性杯、磁性中心架、球节、磁性工具杯、球杆传递器等组成…     

基于参数化建模的旋转轴误差快速辨识方法

针对现有旋转轴几何误差辨识方法计算量大且无法避免异常值等问题,提出了一种基于参数化建模的旋转轴位置相关几何误差快速辨识方法。首先,分析了旋转轴位置相关几何误差的特性,建立了测量旋转轴时球杆仪杆长变化的综合模型,并基于约束条件进行化简;其次,使用四阶傅里叶级数对5项位置相关几何误差进行参数化建模,并基于5种测量模式得到位置相关误差的辨识模型;接着,分析了球杆仪安装误差对杆长变化及辨识结果的影响规律并消除其影响;最后,在小型五轴机床的旋转工作台上进行了实验,辨识出旋转轴的5项位置相关几何误差,并通过改变安装位置和安装角度的球杆仪杆长预测实验对辨识方法的正确性进行了验证。     

球杆仪机床误差诊断结果的指导意义探析

长期从事球杆仪检测及机床误差诊断与维修工作发现,球杆仪机床误差诊断结果在某些情况下对实际维修的指导性不强、相关性不高。举例说明发生上述情况产生的原因,提出有效的机床误差检测办法。实际应用表明,球杆仪误差诊断在新机调整过程中应用较广,但在终端用户特别是服役多年的机床误差诊断方面与实际维修的相关性有待提高。     

虚拟观测法在球杆仪估算机床平动轴 几何误差中的应用

在利用球杆仪辨识数控机床平动轴的几何误差过程中,由于建立的辨识模型中任意位置的参数矢量矩阵为病态矩阵, 致使在求解辨识模型时存在不精确解或者无解的现象。 针对上述问题,提出了一种基于虚拟观测法的岭估计求解辨识模型解 的方法。 以机床的平动轴为研究对象,基于球杆仪测量的杆长数据,将其代入所建立的误差元素与球杆仪杆长变化量之间的映 射关系,并基于虚拟观测法求解出几何误差项的多项式系数。 该方法从病态矩阵的病因来改善辨识矩阵的病态性,进而实现对 各轴相关误差元素的辨识。 仿真以及实验结果验证了辨识方法的正确性,并改善了辨识矩阵的病态性,研究结果为准确辨识机 床几何误差提供了理论依据。     

球杆仪安装误差对测量误差的影响规律及其分离方法

通过齐次坐标变换理论建立了五轴数控机床摆动轴几何误差的辨识模型,深入分析了在误差测量过程中球杆仪磁性球座的安装误差对测量误差的影响规律,提出了一种球杆仪磁性球座安装误差的分离方法,并在五轴数控机床上进行了实验验证。结果表明,该方法可以有效分离出球杆仪磁性球座的安装误差,提高摆动轴几何误差的测量和辨识精度。     

基于球杆仪数控机床误差补偿方法研究

分析了基于球杆仪的数控机床误差补偿测试原理 ,讨论了由于角度偏差引起的误差 ,指出基于球杆仪误差补偿模型的缺陷 ,提出采用该种模型必须精确测量角度值     

五轴联动数控机床旋转轴几何误差测量与分离方法

提出一种基于球杆仪的新颖、快速的五轴联动数控机床旋转轴几何误差测量与分离方法,它选择径向和轴向安装测试路径,采用单旋转袖运动或1个旋转轴和2个直线轴联动方式,进行圆度误差测试,给出了旋转轴几何误差与各测试路径的关联图谱.并深入研究了球杆仪虚拟安装偏心技术.简化了旋转轴误差与球杆仪测试值的数学关联模型,并对影响测试结果的因素进行分析,提出采用球杆仪二次测量方法,对直线轴径向耦合误差进行解耦,实现了旋转轴几何误差的辨识和精确测量.     

基于FANUC 31i的主轴热变形补偿方法

主轴高速旋转时,主轴轴承内外环高速摩擦产生大量热量,这些热量使主轴轴向和空间姿态发生变化,产生热伸长、热倾斜和热漂移等形变,这些形变又引起刀具与工件相对位置发生变化,导致工件加工精度变差。采用五点测量法对这些形变量进行测量,生成主轴温升与热变形的误差曲线,再根据误差曲线编制数控系统可执行的C语言热补偿程序或PMC热补偿程序,数控系统根据温差变化自动更新外部机械原点偏移量,纠正刀具与工件的相对位置偏差,可有效减小主轴热变形引起的误差,提高工件加工精度。     

数控机床主轴温度控制及热变形测试与研究

以GMB2560龙门铣镗床主轴为研究对象,对数控机床热变形机理进行了分析,建立了温度场以及热变形测试方案,利用FLIR红外热像仪测温技术与米铱激光三角测量仪激光测距技术,对数控机床主轴箱的温度变化与分布数据,以及主轴各个方向的热变形进行了测量。实验测得,机床主轴的Z向伸长量较X、Y向变形量更大,机床的热态性能优异。测试结果为后续进行主轴系统的加工设计和热变形控制奠定了基础。     

数控车床主轴热变形误差检测及改善措施

热变形误差是影响高速高精密数控机床加工精度的主要因素,对机床主轴热变形进行检测与研究显得至关重要。以CAK3665数控车床主轴为研究对象,运用传热学经典理论对主轴系统的热源分布以及传热方式进行了介绍,并通过FLIR红外热像仪测温技术和激光测距技术对主轴温升与车床热变形进行了测量与研究,测得主轴中速连续运转270min时达到稳定温升,温度对主轴轴向的热伸长误差的影响大于主轴径向的热变形误差。最后,根据测量结果提出减小主轴热变形的措施。研究工作为车床主轴的进一步改进设计和热变形补偿提供依据。     

150MD24Z7.5型电主轴动态误差和热变形实验研究

电主轴的动态误差和热变形是影响数控机床精度的重要指标,其对定位精度和工件表面加工质量的影响尤为显著。采用主轴误差分析仪,对150MD24Z7.5型主轴的各项动态误差及各方向的热变形量进行实验研究。通过试验结果数据分析,获得了主轴系统在不同转速下的同异步误差、热平衡时间及不同方向的热变形量等,为主轴动态误差补偿和热变形智能预测提供了准确的数据支撑。     

龙门数控机床主轴热误差及其改善措施

依据ISO和ASME标准建立龙门数控(Numerical control,NC)机床热误差测试条件,通过主轴恒转速和变转速热误差试验分析主轴箱温度场分布及其对主轴热误差的影响趋势。建立龙门机床误差元素模型,分析影响机床各坐标轴加工精度的主轴热误差分量。研究发现,主轴热误差和主轴箱温度存在单调对应关系,温度对主轴轴向的热伸长误差的影响要远大于主轴径向的热漂移误差,但温度变化相对各坐标变形存在热延迟和热惯性等特性。对主轴径向精度影响最大的热误差分量是由机床生热产生的同方向的偏移误差和与之垂直的偏转误差;对轴向精度影响最大的则是轴向的偏移误差。针对热误差特点和分布规律,提出结构优化、热平衡、误差补偿建模等3种减小热误差的措施,并对其各自优点进行了分析。     

五轴数控机床旋转轴几何误差测量与建模

利用球杆仪对五轴数控机床旋转轴的几何误差进行了测量及建模。在测试中,五轴数控机床采用两个平动轴和一个旋转轴同步运动,球杆仪采用径向、切向和轴向三种测试路径,并在此基础上对其进行几何误差建模。