Study of Double Rocker Five-axis Machine Tool＇s RTCP Errors Based on the Multi-body Theory

为了提高五轴数控机床的加工精度,对双摆头五轴数控机床RTCP（rotation tool center point）模块的误差进行了分析.以多体系统运动学理论为基础,结合刚体六自由度假设理论,建立了误差分析模型.对旋转运动引起的RTCP刀具中心点误差和刀具矢量误差进行了深入分析,推导出了刀具中心点误差和刀具矢量误差公式,并利用实验室开发的刀具轨迹仿真软件,对理想轨迹和实际轨迹进行了对比分析,验证了理论和方法的正确性.     

多轴数控机床加工误差建模研究

深入分析了多轴数控机床的结构特点,提出了基于多体系统理论的多轴数控机床描述方式,研究了多轴数控机床误差建模的规律性,并建立了多轴数控机床加工误差通用数学模型。研究表明：基于多体系统理论的误差建模方法,广泛适用于数控机床、坐标测量机等的误差综合建模,具有很强的通用性和实用性。     

基于多体理论的五坐标数控机床的热误差建模

基于多体系统理论,针对数控机床加工系统中主轴部分的热误差,首次提出了五轴联动数控机床的热误差模型,并在MAKINO四轴加工中心几何误差参数辨识结果和主轴热误差参数辨识结果的基础上对该模型进行了仿真验证;仿真实验显示该建模方法具有良好的工程应用前景。     

五轴数控机床综合误差建模评价方法研究

针对五轴数控机床精度综合评价分析的需要,提出了一种对机床几何误差和伺服误差进行综合评价的方法。该方法通过机床线性轴和旋转轴联动的方式,利用球杆仪进行圆度误差检测,根据所建立的误差分析评价模型,通过对机床运动过程中的各项误差对机床总误差的影响进行分析得知,随着进给速度的增加,机床的几何误差基本保持不变,而伺服误差在机床总误差中所占比重逐渐增大,当进给速度增大到10 000 mm/min时伺服误差占机床总误差的75%左右。实验结果表明本机床误差评价模型具有较高的准确性,分析结果可为机床的误差补偿提供计算依据。     

五轴数控机床加工叶片的刀具轨迹规划与误差补偿

针对五轴数控机床加工复杂薄壁叶片的要求,分析了刀位点对应的接触点及其曲面法矢量形成的叶片刀具路径轨迹规划,应用沿体对角线快速进行数控机床误差的高效测量,提出了一种分步解耦补偿方法。     

双转台五轴数控机床主轴热误差测量与建模

为了测量数控机床实际切削加工过程中主轴的热误差,并优化热误差模型的输出,提出利用热测试件测量机床主轴热误差的方法,并利用误差特性分离出热误差。针对机床热误差建模中温度测点优化选择的问题,提出基于K-means++算法和相关系数法相结合的方法选取温度敏感点,采用K-means++算法对所有温度测点进行聚类,相关系数法计算各个温度变量与主轴热误差之间的相关性,从而确定温度敏感点,结合分离出的热误差建立主轴热误差多元线性回归模型。在VMC-C50双转台五轴数控机床上对该方法进行试验验证,结果表明,温度测点的数量由8个减少为2个,模型的预测精度及鲁棒性得到有效提升。     

五轴数控机床运动误差建模与测试技术

针对双轴旋转工作台五轴数控机床,运用齐次变换矩阵建立了机床运动误差模型,并得到了相应的简化模型.为了测量双轴转台五轴数控机床的运动误差,提出一种基于双球杆仪的五轴机床运动误差分离方法.此方法通过控制数控机床的运动,使机床的任意1个旋转轴与2个直线轴构成三轴联动而另外2个轴保持静止,据此设计了6种机床运动轨迹来测量误差.在测量过程中采用双球杆仪来测量主轴与工作台之间的相对距离,将所测特定位置处的长度值代入误差模型即可得出机床的运动误差.该方法大大简化了数学模型的计算和误差分离的整个过程.仿真分析表明:此方法可以精确地分离出五轴数控机床的旋转工作台的所有8个运动误差,是一种非常有效而简便的五轴数控机床运动误差测量方法.     

基于多体系统理论的数控机床空间误差建模

运用多体系统理论建立起了通用的数控机床空间误差模型,以XYFZ型三轴立式机床为例,阐述了建模过程,给出了空间误差模型的具体数学表达式.     

五轴机床误差建模与补偿解析新算法

为了建立合理的五轴数控机床综合误差补偿模型,基于机床各部件为刚体联接的假设下,简化了机床运动学约束拓扑关系,本文提出了基于多刚体动力学的综合误差理论模型,并对误差分量进行分析,建立了误差参数表。机床热误差测量点分布离散且采样数据量大,结合灰色综合关联度算法,将离散点数据表征其关联关系,并拟合出各轴热误差量曲线,建立了机床热误差预测模型。综合机床各轴热误差产生的机理,定义了针对主轴热误差和进给轴热误差的新型测量法—5点测量法和6点测量法,大量实验证明理论预测辨识模型曲线与实验结果一致,残差范围在0~12um之间。基于机床误差线性叠加假设,将机床几何误差和热误差统一建模,提出了新型综合误差补偿模型。将此补偿模型用SIMEMS840D数控系统中的PMC单元开发实时补偿软件,大量实验表明某五轴数控机床的加工精度有了显著的提高,完成补偿后误差变化量在 0~29μm之内。     

旋转角度优化下的五轴数控机床后置处理算法

针对五轴数控机床（CNC）在运行过程中旋转轴角度偏移较大会影响刀具路径控制的问题,提出了旋转角度优化下的五轴数控机床后置处理算法。该算法首先对机床基本结构展开具体分析,使用Hausdoff距离获取机床实际加工曲面与差值曲面之间的匹配误差,并通过误差补偿方法对获取的误差实施补偿处理,依据处理结果完成机床旋转轴角度优化;然后,基于优化结果建立机床坐标系统,通过坐标的变换结果开发机床后置处理器并集成至相关软件中,实现机床的后置处理。实验结果表明,使用本文算法进行机床后置处理时效果较好。     

运用多体系统运动学理论建立数控机床空间误差模型

根据数控机床的特点,并以多体系统运动学理论为基础,给出了具有简捷、准确、通用特点的数控机床运动空间误差建模方法.并提出了多体系统运动误差的几何描述模型,推导出数控机床刀具相对运动约束方程,为数控机床误差补偿及刀具路线的生成提供了新的理论方法.验证了此理论和方法的正确性.     

基于虚拟仪器的轴体裂纹诊断专家系统研究

为了保障机电设备安全运行，需要实时监测旋转机械轴体的运行状态并及时发现轴体裂纹故障，构建了数据采集系统实时采集轴体的振动信号，开发了基于图形化编程语言LabView的数据分析和管理软件模块，建立了轴体裂纹诊断专家系统，实现了轴体振动信号的采集、处理和传输。该系统能够有效地实现对轴体运行状态的监控，及时排除设备安全隐患。     

基于S试件的AC双转台五轴数控机床加工 精度检测联合仿真

为了深入研究高档数控机床的加工精度检测机理,利用Adams和Matlab/Simulink软件平台对AC双转台五轴联动数控机床加工S试件的运动过程进行联合仿真。首先搭建了机床的机械系统和控制系统模型,然后将整机机械模型的6个输入变量和12个输出变量通过Adams/Control模块分别与Simulink建立的控制模型进行对接,完成系统输入、输出的设置,从而实现整机机电耦合的联合仿真。仿真结果表明五轴机床在加工S试件过程中各个轴的运动都呈非线性变化,与工程实际经验相符。     

大型叶片五轴联加工的几何误差控制

误差控制和减少加工误差是大型叶片曲面类零件五轴联动数控加工中的重要任务之一。本文作者基于分析和建立加工曲面的型面几何偏差与加工刀位规划参数的关系，提出几何误差的控制方法。基于刀具与工件的五维包络运动分析，对五轴联动加工中影响较大的的非线性误差进行较为严格的计算，提出自适应步长方法以有效控制刀触点轨迹误差。对五轴联动加工中的残余高度误差进行较为严格的分析，并提出有效控制几何误差的方法和措施。文中的方法结合CAM软件进行刀位轨迹计算，已成功地用于大型轴流式和混流式水轮机叶片五轴联动数控加工中，在满足精度要求下，加工叶片的效率有明显的提高，表明提出的方法和措施能有效控制大型塑曲面加工的几何误差。     

大型叶片五轴联加工的几何误差控制

误差控制和减少加工误差是大型叶片曲面类零件五轴联动数控加工中的重要任务之一。作者基于分析和建立加工曲面的型面几何偏差与加工刀位规划参数的关系，提出几何误差的控制方法。基于刀具与工件的五维包络运动分析，对五轴联动加工中影响较大的非线性误差进行较为严格的计算，提出自适应步长方法以有效控制刀触点轨迹误差。对五轴联动加工中的残余高度误差进行较为严格的分析，并提出有效控制几何误差的方法和措施。文中的方法结合CAM软件进行刀位轨迹计算，已成功地用于大型轴流式和混流式水轮机叶片五轴联动数控加工中，在满足精度要求下，加工叶片的效率有明显的提高，表明提出的方法和措施能有效控制大型塑曲面加工的几何误差。     

自由曲面五轴数控加工刀具定位研究

本文为五轴数控机床曲面数控加工刀具位置和方向的确定提出了一种新方法。此方法利用局部曲面曲率和刀具几何形状进行分析。基于这些局部属性的匹配来选择最佳刀具轴向以清除加工过切误差或控制误差在指定公差范围内。     

基于支持向量机的五轴数控机床加工精度预测方法

为了有效减小五轴数控机床加工精度测量误差值,提高预测精度,提出基于支持向量机的五轴数控机床加工精度预测方法。通过提取五轴数控机床特征,掌握每个部件的特性,基于支持向量机构建加工精度预测模型,采用粒子群优化算法计算五轴数控机床的几何误差,获取最优的粒子速度,实现五轴数控机床加工精度预测。实验结果表明,该方法预测效果较好,测量的误差值与实际误差值仅相差了0.02δ/μm,能够有效减小五轴数控机床加工精度测量误差值,提高预测精度。     

基于多体系统理论的数控机床加工精度预测系统

研究了基于多体系统理论的数控机床加工工件表面建模和加工精度预测建模的机理,基于虚拟加工技术,开发出了数控机床加工精度软件预测系统.最后,为了验证开发的精度预测系统的有效性,在对包括几何误差、热变形误差和力变形误差在内的机床综合误差进行检测和辨识的基础上,进行了加工精度预测仿真.     

大型叶片五轴联加工的几何误差控制

误差控制和减少加工误差是大型叶片曲面类零件五轴联动数控加工中的重要任务之一。作者基于分析和建立加工曲面的型面几何偏差与加工刀位规划参数的关系,提出几何误差的控制方法。基于刀具与工件的五维包络运动分析,对五轴联动加工中影响较大的非线性误差进行较为严格的计算,提出自适应步长方法以有效控制刀触点轨迹误差。对五轴联动加工中的残余高度误差进行较为严格的分析,并提出有效控制几何误差的方法和措施。文中的方法结合CAM软件进行刀位轨迹计算,已成功地用于大型轴流式和混流式水轮机叶片五轴联动数控加工中,在满足精度要求下,加工叶片的效率有明显的提高,表明提出的方法和措施能有效控制大型塑曲面加工的几何误差。