卧式加工中心空间精度预测及量化验证

为提高卧式加工中心整机加工精度,且针对卧式加工中心精度预测模型难以量化验证的问题,基于旋量理论建立了精度预测完备模型,在此基础上提出了一种新的精度预测模型量化验证方法.首先,以旋量理论为研究基础,并借助旋量指数积建立了某多自由度机器人末端运动学正解;其次,在分析了卧式加工中心几何误差的基础上,结合该机床运动链分析结果构...     

卧式加工中心空间定位精度分析与补偿

为解决数控机床空间定位精度建模不完备及传统逆向叠加补偿存在残差的问题,提出了一种卧式加工中心空间定位精度分析与补偿技术。以某卧式加工中心为研究对象,以旋量理论为基础,在分析机床运动链的基础上,推导计算了两卧式加工中心运动链的运动学正解,并结合21项几何误差分析,构建该卧式加工中心空间定位精度模型;其次,利用十二线法辨识21项几何误差,并输出该机床空间定位精度预测离散图;然后,基于空间对角线测试验证该卧式加工中心空间定位精度模型的准确性;最终,基于NC代码优化补偿技术实现了空间定位精度补偿。结果表明：空间定位精度模型预测值与实际平均值相对偏差最大不超过2μm,且NC代码优化补偿技术的补偿效率最高为88.75%。     

机床空间精度预测与NC代码补偿研究

以某立式加工中心为研究载体,提出一种空间精度补偿技术。以旋量理论为基础,在充分考虑机床切削点空间位置的基础上,建立包含全部几何误差的立式加工中心空间精度模型,同时输出空间精度显示预测模型。针对传统空间精度补偿不充分的局限性,将空间精度补偿思路转换为NC代码最优化问题,基于遗传算法求解该最优化问题,通过实验验证优化结果的有效性。结果表明：基于旋量理论的机床空间精度建模包含21项几何误差,空间精度预测结果较为准确;基于NC代码最优化的空间精度补偿技术使得机床空间定位精度最大补偿率为90.94%,验证了所提方法的有效性。     

立式加工中心关键几何误差判定与量化验证

针对现阶段机床空间误差模型不完整且传统灵敏度分析存在局限性,导致其关键几何误差溯源不准确,以及关键几何误差判定结果难以量化验证的问题,以某立式加工中心为研究对象,提出一种机床关键几何误差判定与量化验证方法。以旋量理论为基础,研究某立式加工中心空间误差建模,以输出机床完整空间误差模型;在此基础上,以基于传统局部灵敏度分析为基础,利用误差贡献度因子判定机床关键几何误差;借助数值模拟实验对判定结果进行量化验证。结果表明：相较于传统灵敏度分析结果,利用误差贡献度因子判定关键几何误差的结果更准确;基于误差贡献度因子的判定结果,不仅能量化几何误差相对机床空间误差的影响程度,同时可为机床部件制造精度设计提供理论参考。     

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。     

基于Sobol’法的机床关键几何误差元素辨识方法研究

针对机床几何误差元素多、误差测量与辨识过程繁琐等问题,利用Sobol’全局灵敏度分析方法对空间误差模型中的几何误差元素进行灵敏度分析,筛选出影响较大的几何误差元素,从而降低误差测量与辨识过程的复杂度,简化空间误差模型。以螺旋理论为建模基础,建立机床空间误差模型;对所有几何误差元素进行Sobol序列抽样并通过蒙特卡洛估计法求解灵敏度,计算各误差元素的一阶灵敏度值及全局灵敏度值,从21个误差项中筛选出对机床空间误差影响较大的12项;将简化模型与完备模型进行对比,空间误差元素简化率为48%,其预测精度大于80%,说明了误差元素筛选的有效性,为机床空间误差建模、误差元素辨识以及空间误差补偿工作的简化提供参考。     

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。     

基于多体系统理论的五轴加工中心综合空间误差建模及补偿

基于多体系统运动学理论和齐次变换矩阵的应用,结合C-A双摆五轴加工中心,建立了该机床的综合空间误差模型。基于该模型,推导出数控指令的补偿修正算法并开发出了几何误差补偿软件,最后进行测量与补偿试验。试验结果表明：针对C-A双摆五轴加工中心的建模方法可靠,采用的补偿方式有效,实现了误差补偿的目的。     

TX1600G镗铣加工中心镗削系统空间误差建模研究

随着机床精度要求的不断提高,零部件几何误差间的耦合作用所形成的空间误差已成为影响床身自身精度及加工工件精度不可忽略的误差因素之一。以TX1600G镗铣加工中心镗削系统为研究对象,结合该系统的运动原理及多体系统理论建立拓扑结构及低序体间阵列,并据此获得镗削系统空间误差模型;在模型构建过程中首次将垂直度因素引入相邻体运动关系矩阵中,提高了空间误差表征的准确度,使得工件和刀具之间理论误差关系式更加贴近实际并验证了误差矩阵中误差项,该方法同样适用其它类型机床误差分析。     

四轴联动加工中心几何误差软件补偿技术研究

以多体系统理论为基础,通过分析位移变换矩阵和位置变换矩阵,建立了四轴联动加工中心的几何误差模型.基于Windows平台开发了误差补偿软件,可以对测量数据进行机床几何误差的软件补偿,有效地提高了在线检测精度.软件系统在MAKINO立式加工中心上进行了实验验证,补偿效果明显.     

基于SAPSO-GA算法的高速曲轴随动数控磨床几何误差辨识方法

以某型数控曲轴磨床作为研究对象,对其结构和运动进行分析,推导出曲轴磨削时理想的砂轮轨迹方程。根据多体系统理论建立含有误差参数的模型,并推导出机床-工件和机床-刀具的运动链位置矩阵,得出机床精密加工的约束方程。对磨床的几何误差进行研究,建立几何误差模型。为快速、准确辨识出各项几何误差,提出一种混合SAPSO-GA算法。通过对比球杆仪测量补偿前后的运动轨迹,分析补偿效果。结果表明:所提方法提高了辨识准确性,通过补偿大大提高了曲轴随动磨床的加工精度。     

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.     

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。     

基于多体系统理论的车铣中心空间误差模型分析

数控机床的误差建模是进行机床运动设计、精度分析和误差补偿的关键技术,也是保证机床加工精度的重要环节.本文利用多体系统理论来构建超精密数控机床的几何误差模型,该模型简便、明确,不受机床结构和运动复杂程度的限制,为计算机床误差、实现误差补偿和修正控制指令提供了理论依据.在机床实际应用中,可以利用由精密机床误差建模所推导出的几何位置误差来修正理想加工指令,控制机床的实际运动,从而实现几何误差补偿,提高机床加工精度.     

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。     

基于激光跟踪仪的数控机床空间误差测量及补偿

为了改变机床空间误差综合性的测量手段和补偿技术在国内机床制造和生产中应用较少的现状和研究数控机床空间精度提升方法，介绍数控机床平动轴的21项误差和激光跟踪仪的空间误差测试原理，阐述测量与辨识机床空间误差的步骤和方法。在桥式五轴加工中心上进行空间误差测试，给出数控机床空间误差结果，并生成误差补偿文件，通过西门子的VCS功能进行了误差补偿。并对比分析了补偿前后的21项误差，对补偿前后数据的差异进行原因分析，并通过对机床空间体对角线的测量验证了空间误差测量与补偿的实际效果，补偿后误差缩小为原来的11.2%,应用该技术能够大大提高机床的空间精度。     

精密卧式加工中心空间误差的建模、测量与补偿技术

采用空间误差补偿技术,可有效提高数控机床的空间定位精度。以一台精密卧式加工中心为对象,系统阐述其几何误差补偿中的关键问题及解决方案。通过三维误差建模与分析,得到该机床的21项几何误差中有17项需要测量和补偿,另外4项误差对机床定位精度的影响甚微。以此为依据,设计误差测量及补偿方案,并给出误差的具体测量方法和补偿结果。结果表明:经过一次系统地误差测量与补偿,精密卧式加工中心的空间定位精度可以提高50%～70%;合理规划和实施空间误差测量,可大幅提高测量效率。