接触式R-test测量仪的标定和球心坐标计算方法研究

接触式R-test测量仪是一种利用3个接触式位移传感器测量安装在机床主轴上的精密测量球相对于工作台的三维位移的装置,可用于检测五轴数控机床旋转轴的几何误差、联动误差等。如何提高测量仪的标定和球心坐标计算精度是R-test开发的难点。为此,研究了接触式R-test测量仪的结构模型和测量坐标系构建方法,并在测量坐标系中利用机床直线轴的高精度微量移动构建测量仪的在机标定模型,并推导了球心坐标的精确计算模型。最后,通过开发样机进行实际测量,验证所提出方法的精度和可行性。     

轴类零件加工尺寸控制系统的研究

长期以来,在机床上加工较高精度轴类零件时,由于刀具磨损和机床热变形等原因,工件直径尺寸需要经常测量,并需经常调整刀具位置。这样不但影响生产效率,而且还难以保证直径的质量要求。为此,我们试制成功了一种气液联动弹性刀架补偿装置,它是与测量装置、控制装置组成轴类零件加工时的尺寸控制系统。通过大量试验证实,采用该系统可以在不停车的情况下实现对零件径向尺寸的自动测量和刀具位置的自动调整,既保证了高的加工精度,又能提高生产率。应用同样原理,也可用于镗孔时控制孔径尺寸精度。一、尺寸控制系统的组成与补偿装置工作原理尺寸控制系统由测量装置、控制装置及补偿(即自动调整)装置三部分组成(图1)。测量装置采用薄膜式气动量仪;控制装置主要由程序控制器及电流分配     

小型轴键槽加工夹紧装置优化设计

根据小轴的结构特点,围绕如何保证产品质量、提高生产效率设计了这套装置.设计的关键之一是要保证小轴键槽的深度尺寸精度、形状、位置精度;关键之二是要保证小轴安装定位后,轴上表面畅通,不妨碍刀具进退及切屑的排除;关键之三是保证在使用过程中定位可靠,方便操作及调整.这套夹紧装置有效避免了加工精度和定位误差的产生.     

一种三轴转台角位置定位校准装置的实现方法

为了解决三轴转台角位置定位参数校准的问题,设计并实现了一种校准装置。该装置由光学编码盘、角度测量杆、测量基准杆、定位安装平台、连接工装、数码显示器等组成,选取光电轴角编码器为角度测量基准,设计了连接工装轴紧密连接、角度测量杆动态连接的半刚性耦合方式。实践证明：该装置具有操作简单、测量速度快等特点,测量准确度能满足三轴转台角位置定位校准的需求     

非接触式R-test测量仪的现场标定方法研究

R-test测量仪是用于五轴数控机床转动轴结构误差测量的专用设备,其标定的准确性和可实施性是保证测量精度的重要前题。研究了一种采用电涡流位移传感器的非接触式R-test测量仪现场标定方法。该方法可直接在被测量机床上实施,利用机床直线轴的高精度微量移动完成仪器测量坐标系和传感器感应平面的标定。在标定完成后,通过样机的现场标定实验和精度验证,验证所提出标定方法的精度和可实施性。最后证明了该方法可减小R-test测量仪在加工装配以及在机床上安装过程所引入的误差对最终测量精度的影响,从而提高R-test测量仪的测量精度和可靠性。     

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。     

一种非接触式R-test测量仪球心坐标计算方法

R-test测量仪是用于五轴数控机床转动轴结构误差测量的专用设备,其通过测量球相对测量坐标系的位置变化进行误差辨识。在测量坐标系中,测量球球心坐标计算的准确性和稳定性是保证测量精度的重要前提。为进行测量球球心坐标的精确计算,构建了非接触式R-test测量仪的结构模型并建立了球心坐标计算方程组。以球心坐标计算方程组为基础,简化得到用于球心坐标求解的非线性方程组并构建其目标函数,然后采用差分进化算法提高球心坐标求解的精度。最后,在GF Mikron UCP800五轴机床上进行对比实验,将测量球球心坐标的计算结果与机床实际坐标进行对比,验证所提出球心坐标计算方法的精度和可靠性。     

磨边机工件轴同轴度的测量与校准（下）

轴-径向双表组合测量法的原理是基于两轴问的角度位移误差与径向偏移误差的测量。测量时,用表架将两个千分表安装在基准轴（S）上,以用于测量调整轴（M）的同轴度误差（见图6）,其中,径向千分表的测量杆指向左轴轴端定位圆柱的外同表面并垂直于轴线,用于测量调整轴的径向位移误差值;轴向千分表的测量杆垂直于左轴定位端面（平行于轴线）,用于测量调整轴的角度位移误差值。     

数控机床转动轴进给系统轮廓误差分析

在五轴联动数控机床中,转动轴进给系统的动态精度对轮廓误差的影响是不可忽视的。采用不同空间位置上的外形轮廓,对五轴联动数控机床转动轴的联动运动产生的轮廓误差进行分析。在建立转动轴进给系统模型的基础上,利用刀具位置系统到加工系统的转换得到转动轴指令,通过进给系统动态误差模型得到仿真输出指令,再将输出指令从加工系统转换回刀具位置系统,比较刀具位置的偏差,从而得到轮廓误差。找出轮廓误差点与外形轮廓空间位置之间的对应关系,利用这种关系可快速通过轮廓误差来考察转动轴进给系统的动态性能,为机床快速调整和维修提供一种手段。     

互矫型锥度芯轴的设计原理及应用

1前言机械加工中,工件内孔中心线位置尺寸的测量是一个难点,而芯轴往往是重要的辅助工具。芯轴的结构及精度对测量效率和准确性起着决定性的作用。一般情况下采用两种芯轴:一是根据孔的尺寸特别配制圆柱芯轴;二是液塑可胀芯轴。圆柱芯轴结构简单,但精度不高;液塑可胀芯轴精度较高,但工艺复杂,且芯轴外径及长度随工件的改变而改变,灵活性较差。在加工过程中,许多工件需要对位置尺寸进行测量和调整,此时因内孔加工可能未达到设计尺寸,为了测量及调整,往往要配备多条芯轴。由于测量的精度很大程度上取决于芯轴与内孔的配合精度,所以芯轴的外径…     

A new method for directly measuring the position errors of a three-axis machine. Part 1: theory

This paper presents a measurement method and instrument to measure position changes in a three-axis machine workspace. The proposed instrument, named 3D step gauge, includes two parts. One is composed of three LVDTs and installed in the main spindle. The other is a plate that is fixed on the worktable. Many triangular pyramids are distributed on the plate. Each pyramid profile plane is the basic measurement plane for the LVDTs. When the spindle moves relative to the plate, the LVDTs’ tip ends slide on the pyramid profile planes. From the datum measured by the LVDTs, the differential position changes of the spindle can be obtained by the pyramid’s constructional parameters. In addition, the error effect analysis is used to investigate the accuracy of the method with respect to the factor of the device constructional parameters. Part 1 of this paper gives the basic theory of measuring the differential position changes in the multi-axis machine workspace. Part 2 gives the application of this theory and so the position error in the multi-axis machine workspace can be directly measured. This proposed method and the instrument have been tested using an actual machine tool. The measurement results show good repeatability and high accuracy.     

并联机床主运动机构工作空间分析

针对一种新型模块化并联机床结构模型，给出了机床主运动模块平面二自由度机构的运动特性，分析研究了工作空间，机构的工作空间与机构滑鞍的行程以及机构的尺寸有关，分别给出了各种情况的工作空间几何形状，并以实例给出了工作空间的几何特性，为该并联机构的设计提供了有参考价值的方法和资料。     

在机测量激光测头位姿的线性标定

针对在机激光扫描测量中激光测头安装位置和姿态引起的测量误差,提出了一种适用于在机激光测量的测头标定方法。构造了在机激光扫描测量原型系统,建立了激光测头随机床运动的测量模型;通过多角度扫描标准球球面拟合球心,给出了一种线性求解测头安装位姿参数的算法,避免了非线性优化求解中的大量计算和不稳定问题。分析了测量过程中机床各个轴的运动误差对测量结果的影响,建立了误差模型,并给出补偿机床系统误差的方法。实验显示,对直径已知的标准球进行测量时,测头在不同摆角测得的标准球直径误差小于0.05 mm,误差补偿后球心位置误差减小了83%。实验结果验证了该标定方法的可行性,以及机床误差对测量精度影响的模型及补偿方法的正确性。     

The laser ball bar: a new instrument for machine tool metrology

Current techniques for mapping the volumetric positioning errors of machine tools are time and labor intensive. To address these shortcomings, a linear displacement measuring device is introduced to rapidly and easily determine tool positions via trilateration. The laser ball bar (LBB) consists of a laser interferometer aligned within a telescoping ball bar. The design of the device is discussed and an error budget is developed to estimate its predicted accuracy. Results of repeatability and linear accuracy test of the assembled prototype LBB are given. The LBB is used to map the volumetric errors of a two-axis turning center. Comparison of the LBB error map and the error map obtained through parametric error measurements shows the LBB can accurately map the machine errors in a timely manner.     

多轴数控加工刀具姿态优化及其刚度性能指标分析

在变形叠加基本原理的基础上,对多轴数控机床刚度模型进行了研究,得到了多轴数控加工刀具姿态优化的物理约束条件。在被加工复杂曲面刀具轨迹上,根据多轴机床综合刚度模型计算机床刚度性能指标,并在刀具可达工作空间中优化多轴机床刚度性能指标,以确定对应的刀具姿态。对基于多轴机床刚度模型的刀具姿态优化作了详细的讨论,分析了任务空间的力椭球特性,提出了面向切削加工的多轴机床刚度性能指标,并将其用于指导刀具姿态规划。

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multi-axis NC machine tool;stiffness;tool posture;force ellipsoid     

基于PMAC面向染液自动配液系统定位平台的设计

以机电一体化的设计思路设计了一台能够处理36种母液的自动配液机。该设备机械主体部分为龙门式三维机器人结构和机械夹持器,其传动装置采用是同步带传动和滚珠丝杠,导向装置为滚动直线导轨。设计以PMAC（Programmable Multi-Axis Controller）可编程多轴控制器（PMAC内置PLC功能）作为CNC模块,工控为系统支撑单元的开放式数控系统,能够实现自动配液机精密运动。     

数控机床运动误差检测与仿真

本文介绍了一种测量数控机床和加工中心运动误差的新装置－双球规的结构特点，测试原理及测试方法，给出数控机床常见的各种运动误差矢量表达式特征模型，并进行了计算机仿真研究。     

Measurement and analysis of typical motion error traces from a circular test

The circular test provides a rapid and efficient way of measuring the contouring accuracy of a machine tool. To get the actual point coordinate in the work plane, an improved measurement instrument - a new ball bar test system - is presented in this paper to identify both the radial error and the rotation angle error when the machine is manipulated to move in circular traces. Based on the measured circular error, a combination of Fourier components is chosen to represent the systematic form error that fluctuates in the radial direction. The typical motion errors represented by the corresponding Fourier components can thus be identified. The values for machine compensation can be calculated and adjusted until the desired results are achieved.     

多轴数控机床在线检测软件包的开发

对多轴数控机床在线检测精度进行了分析，基于微机平台，开发了多种常见基本体及组合体的测量宏程序，并进行测量过程路径规划。同时对测头系统、机床坐标定位误差进行了补偿，有效地提高了在线检测精度。本软件系统在MAKINO立式加工中心进行了实验验证。