Mikron HSM 400U的多轴加工仿真研究

以Mikron HSM 400U数控机床为原型,根据机床实际尺寸建立三维模型,建立多轴数控加工仿真平台。将VERICUT与特定机床型号的多轴机床相结合,真实再现机床的运动轨迹。提供了多轴加工仿真应用实例,验证了仿真加工与多轴数控加工的一致性。     

基于多体系统理论的数控机床加工精度几何误差预测模型

针对多轴联动数控机床加工精度误差补偿问题,从分析数控机床误差产生机制和建立精度误差补偿模型的角度,提出基于多体系统理论的数控机床加工精度几何误差预测模型。分析B-A摆头五轴龙门数控机床的拓扑结构关系、低序体阵列、各典型体坐标变换,推导出B-A摆头五轴龙门数控机床的精度几何误差预测函数模型。采用平动轴十二线法误差参数辨识算法,计算出B-A摆头五轴数控机床21项空间几何误差,为精度几何误差预测函数提供有效的误差参数。该精度误差参数建模方法,对不同结构和运动关系的数控机床具有通用性,为后续数控机床误差动态实时补偿提高切削加工精度提供了理论基础。     

数控机床仿真软件二次开发的新技术

复杂自由曲面的加工,数控机床运动部件之间容易发生干涉,为了满足工程实际需要,以五轴数控加工的仿真为核心研究内容,仿真过程中结合大型UG软件强大的几何造型功能,建立五坐标机床数控仿真模型,读取数控加工的G代码,经翻译并转换为机床运动部件之间的运动,对五轴联动数控机床加工复杂零件的加工过程进行了三维仿真,动态地显示机床、工件及刀具的运动,对各个运动部件之间进行干涉检查,并进行软件二次开发,读取数控G代码指令驱动机床各轴运动,对加工过程进行动态的仿真以验证数控程序的正确性,检测加工过程中的干涉和过切,避免机床和工件的损坏,大大地提高了生产效率,降低了生产成本.     

数控机床二轴数控转台动力学仿真与耦合分析

二轴数控转台是五轴联动数控机床的关键部件,文章运用多体动力学理论对摇篮式二轴数控转台的动力学特性进行了研究.首先建立转台的结构仿真模型和动力学模型,然后在理论推导动力学方程和耦合方程的基础之上,借助动力学仿真软件RecurDyn仿真并验证了其动力学性能和耦合作用.在进行耦合分析时,提出了一种将两轴单独运动与同时运动相对比的方法,得出了反映转台在各种运动状态下耦合作用的图形与数据,并提出优化设计的参考建议.     

基于VERICUT虚拟机床建模技术的研究与应用

总结了基于VERICUT软件的数控机床虚拟加工的整个过程,提出围绕"机架-刀具"和"机架-毛坯"两条运动链构建虚拟机床的关键技术,并分别以三轴和五轴联动的数控机床为例,详细阐述了在VERICUT中,根据机床各组件的运动关系和几何关系,建立数控机床虚拟模型的基本概念和方法.     

基于VERICUT多轴联动数控机床仿真加工效果对比与研究

加工仿真是虚拟制造的核心技术之一,为产品的可制造性提供关键数据,介绍利用VERICUT建立机床仿真模型的方法及过程,同时建立三、四和五轴联动数控机床模型,并对其加工效果进行比较,总结各数控机床的加工特点,为数控机床的选用和研究提供参考.     

车铣复合数控机床空间误差建模和补偿

空间误差是影响车铣复合数控机床零件加工精度的最重要因素，现有方法对机床各轴的定位精度提升效果不好，为此设计车铣复合数控机床空间误差建模和补偿方法。忽略机床两个旋转轴的位置无关误差，通过齐次坐标变换理论构建其几何误差辨识模型，对几何误差辨识模型进行简化，实现两轴的几何误差辨识。在工件坐标系下，根据旋转轴几何误差辨识结果，采用多体理论构建机床空间误差模型。基于此误差模型，利用理想状态的逆运动学设计同步空间误差补偿策略，通过迭代方式对各轴补偿值进行计算，实现空间误差补偿。测试结果表明：设计方法补偿后，实验机床X轴、Y轴、Z轴的定位精度提升了0.6μm,B轴、C轴的定位精度提升了4″、3″,各轴的重复定位精度有很大提升，机床的反行程实验圆度也有所提升。     

八轴五联动加工中心几何仿真环境构建方法研究

通过分析几何仿真环境的功能需求,设计了几何仿真环境的结构。以某公司生产的1台八轴五联动镗铣加工中心为原型,分析机床的几何约束关系和运动关系,构建机床模型、控制模型与测量分析模型,建立了具备现实机床系统全部功能、特征和行为的几何仿真加工环境。实际应用表明：构建的仿真环境能真实反映机床的静态特征和动态特征,在该仿真环境中进行仿真测量分析,能有效保证产品加工质量和机床安全性。所提的几何仿真环境构建方法为构建其他类型多轴加工几何仿真环境提供技术支持和参考。     

精密数控机床移动轴误差综合建模

为研究精密数控机床的加工精度,针对以气浮平台和旋转平台为主要方式的四轴抛光平台进行了几何与热的综合误差建模,利用XL-80激光干涉仪、PT100温度传感器及XSR90彩色无纸记入仪等仪器对X、Z轴的温度、定位误差进行测量、记录。分析精密数控机床移动轴的定位误差与温度之间的规律。运用切比雪夫多项式及最小二乘法分别建立X、Z轴几何误差模型和热误差模型,两模型进行叠加得到机床X、Z轴的综合定位误差模型,依据模型分别计算出X、Z轴定位误差拟合值,与实验测量值进行对比。结果表明:建立的模型具有预测精度高、鲁棒性好的特点。     

五轴联动车铣复合加工中心误差补偿技术的研究

针对五轴联动车铣复合加工中心制造、装配和运动过程产生的几何误差问题,文章以多体系统运动学理论为基础,根据车铣中心的复杂结构特点,分别建立了车铣中心的铣削模式和车削模式下的运动误差模型,并给出了精密数控指令的求解方法和进行了误差补偿仿真试验。实验结果表明:采用多体系统运动学理论建立车铣复合加工中心的几何运动误差模型是正确性;迭代法求解的精密数控指令准确、快捷;软件误差补偿投入少、效果明显。     

双转台五轴机床的参数化运动学建模

为支持虚拟数控机床的后处理、加工仿真、参数检测及切削动力学分析,建立其参数化运动学模型。采用修正的Denavit-Hartenberg法,推导出双转台五轴数控机床全参数化正向运动学数学模型;运用逆向运动学算法求解旋转轴及移动轴的关节参数,实现刀具轨迹数据到机床运动坐标的转换,即后置处理;以风机翼型叶片的数控加工为例,验证了该集成模型的正确性和通用性。     

基于VERICUT的多轴联动数控加工仿真

采用多轴联动数控机床加工时,NC程序编写和检测难度较大。为了验证NC程序的正确性和保证加工质量,需构建虚拟加工仿真系统。利用VERICUT先进的数控加工仿真功能,以DMC60TR为原型,构建五轴数控虚拟加工仿真平台;针对机床建模仿真中的技术难点提出相应的解决方案,实现了加工过程的仿真。结果表明:通过数控仿真验证了NC程序的正确性,提高了加工效率,为多轴联动数控机床的建模仿真提供了指导。     

机床沿曲线高速进给加工的最大安全恒定进给速度的确定

分析了曲线、曲面轮廓数控加工中,刀具路径曲线的几何特性与机床运动学特性的关系,建立了机床沿曲线恒速进给的运动学方程;基于虚功原理推导出刀具路径几何特性、机床特性及电机特性等之间关系的动力学方程.并用解析法,计算了在各坐标轴加速度、伺服电机额定转矩及额定转速约束条件下,机床沿曲线进给时的最大安全恒定进给速度.在最大安全恒定进给速度范围内,选择合适的进给速度,既能使加工表面粗糙度均匀,保证加工表面质量,同时又能获得较高的高速加工效率.     

基于VERICUT的虚拟龙门加工中心建模和仿真关键技术研究

为减少零部件试切,检验数控工艺合理性,构建了虚拟龙门加工中心。研究了龙门加工中心运动,阐述了侧面铣头运动由旋转中心和换刀点控制,提出了虚拟机床侧面铣削运动构建方法,可实现各角度侧面铣。搭建了虚拟加工环境,通过零件仿真加工,完成了零件顶面及4个侧面的铣削加工,验证了数控代码的正确性,检验了数控工艺合理性,减少了零件试切,缩短了开发周期,仿真结果表明虚拟龙门加工中心的正确性。     

基于VERICUT的车铣复合IT100建模和数控仿真研究

针对车铣复合IT100机床机构复杂、程序繁琐、刀轴运动灵活,在实际加工过程中很难人为判断程序的正确性以及刀轴是否会与零件、工作台、夹具等发生碰撞、干涉等问题。提出首先在UG软件中根据机床各部件的实测尺寸进行建模,然后将其建好模型导入VERICUT软件中,并根据各部件的相对运动关系组建虚拟的仿真机床。在此虚拟的仿真机床上对诱导轮进行模拟仿真加工,最后通过在车铣复合IT100上对诱导轮的实际加工验证了其模拟仿真的正确性和实用性,同时也为其他多轴联动数控机床的数控仿真提供了一定的经验。     

Derivation of machine tool error models and error compensation procedure for three axes vertical machining center using rigid body kinematics

Volumetric positional accuracy constitutes a large portion of the total machine tool error during machining. In order to improve machine tool accuracy cost-effectively, machine tool geometric errors as well as thermally induced errors have to be characterized and predicted for error compensation. This paper presents the development of kinematic error models accounting for geometric and thermal errors in the Vertical Machining Center (VMC). The machine tool investigated is a Cincinnati Milacron Sabre 750 3 axes CNC Vertical Machining Center with open architecture controller. Using Rigid Body Kinematics and small angle approximation of the errors, each slide of the three axes vertical machining center is modeled using homogeneous coordinate transformation. By synthesizing the machine's parametric errors such as linear positioning errors, roll, pitch and yaw etc., an expression for the volumetric errors in the multi-axis machine tool is developed. The developed mathematical model is used to calculate and predict the resultant error vector at the tool–workpiece interface for error compensation.     

Total differential methods based universal post processing algorithm considering geometric error for multi-axis NC machine tool

Multi-axis numerical control machining for free-form surfaces needs CAD/CAM system for the cutter location and orientation data. Since these data are defined with respect to the coordinate of workpiece, they need converting for machine control commands in machine coordinate system, through a processing procedure called post processing. In this work, a new universal post processing algorithm considering geometric error for multi-axis machine tool with arbitrary configuration. Firstly, ideal kinematic model and real kinematic model of the multi-axis NC machine tool are built respectively. Difference between the two kinematic models is only whether to consider the machine tool's geometric error or not. Secondly, a universal generalized post processing algorithm containing forward and inverse kinematics solution is designed to solve kinematic models of multi-axis machine tool. Specially, the inverse kinematics solution is used for the ideal kinematic model, while the forward kinematics solution is used for the real kinematic model. Then, a total differential algorithm is applied to improve the calculation speed and reduce the difficulty of inverse kinematics solution. Realization principle of the total differential algorithm is to transform the inverse kinematics solution problem into that one of solving linear equations based on spatial relationship of adjacent cutter locations. Thirdly, to reduce the complexity of geometric error calibration experiment, effect weight of geometric error components is determined by the sensitivity analysis based on orthogonal method, and then the real kinematic model considering geometric error is established. Finally, the universal post processing algorithm based on total differential methods is implemented and demonstrated experimentally in a five-axis machine tool. The results show that the maximum error value can be decreased to one-fifth using the proposed method in this paper.     

Computer-aided accuracy enhancement for multi-axis CNC machine tool

A computer-aided error compensation scheme has been developed to enhance the accuracy of multi-axis CNC machine tools by compensating for machine geometric and thermal errors in software way. Stationary geometric errors including the coupling effect of linkage errors between machine slides are calibrated off line. Dynamic thermal errors are predicted on line by an artificial neural network model. Because machine errors are variant with the cutting time and slide positions, a PC based compensation controller has been developed to upgrade commercial CNC controllers for real-time error compensation. The real-time compensation capability is achieved by digital I/0 communication between the compensation controller and CNC controller without the need of any hardware modification to the machine servo-drive loops. The compensation scheme implemented on a horizontal machining center has been proven to improve the machine accuracy by one order of magnitude using a laser interferometer and cutting test.     

数控5轴龙门机床的虚拟加工系统开发

针对新研制的龙门移动式数控5轴车铣复合机床XKA2780结构复杂,已有成熟虚拟加工系统灵活性差,必须要系统厂家深度开发方能实现的问题,文章提出了一种灵活可控的虚拟加工方法,首先基于大型工程软件开发平台ACIS/HOOPS,采用组件结构树的建模方法,建立了机床各组件之间的运动学关系并开发了相应的运动控制模型;其次通过扫描包络技术研究了刀具扫描包络体生成算法;然后以刀具轨迹为引导,将生成的刀具扫描包络体与工件进行布尔运算,实现了仿真环境中工件的虚拟切削;最后,通过对典型航天零部件的加工代码仿真和现场机床切削试验,验证系统的可靠性。实践结果表明,该系统可以对加工代码进行有效验证,且运动控制可兼容各种构型数控机床。     

D-H法在五轴机床运动学建模中的应用

以双转台五轴机床为例,推广应用机器人学中经典的D-H法,建立运动学数学模型,较为系统地求解五轴联动机床运动学正、逆问题,并以涡轮叶片加工为例成功地进行了仿真验证.该方法具有意义明确,方法简便,易于理解和使用的特点,为自主开发多轴联动加工、测量设备提供了有力工具.