基于自然指数模型的机床定位误差建模与实时补偿

为提高数控机床的运动性能和加工精度,提出了基于自然指数模型的机床定位误差建模方法.通过分析在不同温度条件下的定位误差变化规律,将定位误差分为几何误差和热误差两个部分,其中,几何误差部分可以采用多项式模型进行拟合,而对于热误差部分,则建立其与环境温度、机床关键构件温度之间的自然指数模型,从而描述了热误差和温度场之间的非线性变化规律.通过与传统的多元线性回归模型进行试验结果对比表明:基于自然指数模型的定位误差建模方法在任何温度条件下均可获得较高的预测精度,经过误差补偿,可以大幅提高机床精度.     

数控机床三维空间误差建模及补偿技术研究

为了提高数控机床的加工精度,解决由机床三维空间误差引起的工件加工质量降低的问题,在研究多体系统理论误差建模技术的基础上,提出离线补偿和嵌入式补偿两种补偿策略。离线补偿是基于数控加工程序的修正补偿,将机床三维空间误差映射到数控加工程序,通过修改加工程序实现对机床的三维空间误差补偿;嵌入式补偿是基于数控系统的在线补偿,将机床三维空间误差融合到数控系统中,通过修正数控系统中的数据流实现对机床的三维空间误差补偿。实验表明,在不影响机床可靠性的前提下,两种补偿策略均显著提高了数控机床的加工精度。     

立式加工中心空间误差验证及补偿

为提高某立式加工中心整机加工精度,借助旋量理论建立完备立式加工中心空间误差模型,在此基础上实现机床空间误差有效补偿.以旋量理论为基础推导并建立机床刀具运动链与工件运动链运动学正解,分析机床21项几何误差原理,在考虑21项几何误差的基础上建立该立式加工中心完备空间误差模型;利用九线法完成各项几何误差辨识;基于旋量运动学正解求解机床运动学逆解后得出运动轴实际运动路径,并通过体对角线实验对比补偿前后的效果.结果表明:所提补偿方法补偿效果显著,验证了机床空间误差模型的准确性,实现了提高机床加工精度的目的.     

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。     

精密研抛数控机床几何误差与热误差复合建模及其补偿研究

为了提高精密研抛数控机床的加工精度,对研抛数控机床的几何误差与热误差进行了研究与分析,发现随着机床相关部件温度的不断升高直至热稳态,机床的定位误差也不断增加到稳态值,验证了几何误差和热误差是精密及超精密加工误差的主要来源。综合考虑了机床复合误差的不同特点并进行误差分离,提出了基于牛顿插值算法和最小二乘法的几何与热复合误差建模方法,依据复合误差模型进行补偿实验,补偿后机床冷态下定位误差值从3.5μm降至1.2μm,误差降低了65.7%,热稳态后定位误差值从12.2μm降至1.9μm,误差降低了84.4%,实验结果证明复合误差模型计算简单、预测精度高、具有较好的鲁棒性,为提高机床的加工精度提供了理论与实践依据。     

数控机床导轨变形误差补偿技术研究

针对机床导轨变形特别是大型、重型机床的导轨变形降低加工精度的问题,提出了利用软件误差补偿技术来消除导轨变形对加工精度的影响.以数控车床为例,分析了导轨变形对加工零件的影响,提出了利用最小二乘法拟合导轨变形曲线,阐述了利用指令修正技术进行误差补偿的原理,为进行数控机床全局误差补偿提供了理论依据和技术参考.对CK6140型数控车床进行了补偿,有效地改善了加工精度.     

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。     

模糊神经网络在精密卧式加工中心热误差的预测

为了提高精密数控机床的加工精度,减少精密机床的热误差,文章提出了模糊神经网络径向热误差的建模方法。以数控加工中心关键点的温度和主轴径向的热变形量的关系为基础,应用模糊神经网络建模法,采用精密卧式加工中心主轴径向热误差的数据,对机床主轴热误差进行建模与预报。从数控机床主轴建模试验结果分析表明,模糊神经网络预测模型能够较为精准的对机床主轴径向热误差的做出预测,在实际应用中有利于提高机床的补偿精度,对数控机床热误差补偿提供参照。     

基于FCM聚类和RBF神经网络的机床热误差补偿建模

热关健点的选择和热误差建模技术是决定热误差补偿是否有效的关键,对提高数控机床的加工精度至关重要.为了实现对数控机床热误差的补偿控制,文章利用模糊C均值(FCM)聚类方法,对机床上布置的温度测点进行优化筛选,将温度变量从20个减少到4个,然后给出了基于RBF热误差补偿建模方法.通过建模实例表明,文章提出的建模方法,在保证补偿模型精度的同时有效减少了温度测点,降低了变量耦合影响,并提高了补偿模型的鲁棒性.     

多轴机床综合误差补偿策略研究

建立精确的误差模型,并对机床进行误差补偿是提高机床加工精度的有效方法。文章以自主研发的五轴机床为研究对象,测量在不同温度状态下导轨的定位误差,通过分析实测数据,得到机床误差分布规律和影响定位误差的关键因素。根据几何误差与热误差的不同特性进行误差分离,分别建立几何和热误差数学模型,最后叠加得到综合误差数学模型。根据综合误差模型,提出机床误差补偿策略,为多轴数控机床实施误差补偿提供基础。     

基于数控指令修正的数控内圆磨床几何误差补偿

为减小各几何误差对机床加工精度的影响、提高机床加工精度,以数控精密内圆磨床为研究对象,基于多体系统理论及齐次坐标变换原理,得到磨床的空间运动误差模型,建立几何误差与运动位置之间的映射关系。对加工补偿点的确定方法及数控指令修改方法进行研究,得到精密加工数控指令;通过软件进行阶梯轴试件的加工仿真验证,分别得到补偿前后的数控指令,并选取5个补偿点;补偿前后到理想位置的空间误差分别从0.616、0.607、0.614、0.295、0.376 cm减小到0.354、0.398、0.376、0.188、0.255 cm,分别减小42.5%、34.4%、38.6%、36.3%、32.1%。结果表明：通过修改数控指令能够提高机床加工精度。     

Enhanced virtual machining for sculptured surfaces by integrating machine tool error models into NC machining simulation

Sculptured surface machining is a time-consuming and costly process. It requires simultaneously controlled motion of the machine axes. However, positioning inaccuracies or errors exist in machine tools. The combination of error motions of the machine axes will result in a complicated pattern of part geometry errors. In order to quantitatively predict these part geometry errors, a new application framework ‘enhanced virtual machining’ is developed. It integrates machine tool error models into NC machining simulation. The ideal cutter path in the NC program for surface machining is discretized into sub-paths. For each interpolated cutter location, the machine geometric errors are predicted from the machine tool error model. Both the solid modeling approach and the surface modeling approach are used to translate machine geometric errors into part geometry errors for sculptured surface machining. The solid modeling approach obtains the final part geometry by subtracting the tool swept volume from the stock geometric model. The surface modeling approach approximates the actual cutter contact points by calculating the cutting tool motion and geometry. The simulation results show that the machine tool error model can be effectively integrated into sculptured surface machining to predict part geometry errors before the real cutting begins.     

Identification and compensation of geometric errors of rotary axes on five-axis machine by on-machine measurement

The geometric errors of rotary axes are the fundamental errors of a five-axis machine tool. They directly affect the machining accuracy, and require periodical measurement, identification and compensation. In this paper, a precise calibration and compensation method for the geometric errors of rotary axes on a five-axis machine tool is proposed. The automated measurement is realized by using an on-the-machine touch-trigger technology and an artifact. A calibration algorithm is proposed to calibrate geometric errors of rotary axes based on the relative displacement of the measured reference point. The geometric errors are individually separated and the coupling effect of the geometric errors of two rotary axes can be avoided. The geometry error of the artifact as well as its setup error has little influence on geometric error calibration results. Then a geometric error compensation algorithm is developed by modifying the numeric control (NC) source file. All the geometric errors of the rotary errors are compensated to improve the machining accuracy. The algorithm can be conveniently integrated into the post process. At last, an experiment on a five-axis machine tool with table A-axis and head B-axis structure validates the feasibility of the proposed method.     

数控车床几何误差建模与应用

以多体系统理论为基础结合齐次坐标变换原理,以i5T5.2型数控车床为例,分析其组成部件及拓扑结构,通过Matlab软件编写程序建立了该型车床的几何误差模型。通过计算机快速准确地对误差模型进行分析,并将分析结果以统计图的形式显示,便于发现误差分布规律及误差作用规律。通过机床实际加工棒料测得加工误差并与机床误差建模分析结果对比,较好地验证了模型的正确性。在后续实际加工中应用误差建模分析数据进行误差补偿,有效地提高了该型机床的加工精度。     

基于敏感度分析的机床关键几何误差元素辨识与评定

为了正确识别和判定机床关键几何误差元素对机床精度设计的影响,以PCV-620立式加工中心为研究对象,采用多体系统理论建立机床空间误差模型,从而得到机床几何误差元素与机床精度之间的关联函数。对空间误差模型进行灵敏度分析,获得机床各运动方向的局部灵敏度系数,完成机床关键几何误差元素的初步辨识。以局部灵敏度系数为基础,提出一种与局部灵敏度系数和工作空间中任意位置处的几何误差元素值相关的全局灵敏度系数计算方法,将其作为机床关键几何误差元素的辨识和评定标准,分析得到PCV-620立式加工中心的关键几何误差元素包含3项定位误差、3项垂直度误差和5项直线度误差。     

三轴数控机床加工精度可靠性分析

机床作为机械制造业的基础,几何误差、热误差、装配误差等都会影响数控机床的加工精度,数控机床加工精度的高低直接决定产品的生产质量。为保证数控机床对产品的加工质量,需要对数控机床的加工误差数据处理,求得数控机床加工精度可靠性,而一次二阶矩法和蒙特卡罗法是常用的可靠性分析方法。以三轴数控机床为研究对象,针对给定的误差数据,运用一次二阶矩法和蒙特卡罗法分析出数控机床加工精度可靠性。此分析对提高数控机床加工精度及保证使用寿命具有重要指导意义和参考价值。     

数控机床热变形误差补偿技术

热变形误差是影响机床加工精度的重要因素之一,通过实时热变形误差补偿可以提高数控机床加工精度.本文在分析产生机床热误差的原理的基础上, 探讨了热误差的测量方法,利用多元线性回归方法建立了机床热变形与温升之间的数学模型.应用数控系统的PLC补偿功能,对XH178加工中心加工过程中的热误差进行了实时补偿.实验结果表明误差补偿量达到80%以上.