一种基于新灵敏度指标的五轴数控机床关键几何误差辨识方法

精度设计是提升机床加工精度的有效途径,而准确辨识关键几何误差并为其合理分配权重是实现精度设计的前提条件,因此,提出了一种识别关键几何误差的灵敏度分析方法。 首先基于多体系统理论建立了机床加工误差模型,并基于该模型构建了灵敏度分析模型,同时定义了一种新的灵敏度指标。 然后,通过仿真分析明确了第 10、17、22、24 和 37 项几何误差为关键几何误差,同时实现了对各项几何误差分配权重。 最后,通过补偿关键几何误差和全部几何误差的方式对“ S”形检测试件进行加工并对比其轮廓度误差,对比结果显示通过两种补偿方式获得的平均轮廓度误差在 3 条检测线上的差值很小,分别为0. 005、0. 004 和 0. 006 mm,因此证明了提出的灵敏度分析方法的正确性。     

[误差建模及精度保证方法]几何误差贡献值影响下五轴数控机床运动轴误差灵敏度分析方法

针对现有误差元素灵敏度分析与后续误差补偿关联性不强的问题,建立运动轴几何误差贡献值模型并提出运动轴几何误差灵敏度分析方法,以获得本身几何误差对机床精度有很大影响的关键运动轴。结合指数积理论和坐标系微分运动理论建立基于误差敏感矩阵的运动轴几何误差贡献值模型,各运动轴几何误差贡献值相加得到机床综合误差模型;计算各运动轴误差权重分量和误差综合权重实现运动轴误差灵敏度分析,选择误差综合权重平均值最大的运动轴为机床关键运动轴,并对关键运动轴的误差补偿方法进行分析讨论。最后,在北京精雕集团的五轴加工中心上进行仿真实验验证。研究结果表明：所建立模型和所提出分析方法是有效的,且只补偿关键运动轴的几何误差贡献值能有效地提高五轴机床加工精度。     

超精密五轴机床的几何误差建模和灵敏度分析

基于设计出超精密机床的目的,研究了机床的几何误差建模和误差的灵敏度分析。基于刚体运动学和齐次变换矩阵(Homogeneous Transformation Matrix,HTM)建立了RTTTR配置的超精密五轴机床的几何误差模型,模型涉及37个误差分量。分别对37个误差分量进行了几何误差的灵敏度分析,分析结果将应用于超精密五轴机床的设计与制造上。     

基于全局灵敏度分析的卧式加工中心关键几何误差元素溯源研究

针对局部灵敏度分析试验点单一、全局灵敏度分析变量自带随机性的问题,提出一种基于几何误差元素辨识和全局灵敏度分析的机床关键几何误差元素溯源方法。借助螺旋理论构建基于全局坐标系的机床空间误差模型,借鉴正交实验设计思想,在机床工作空间内选取25个试验测点,设计关于位置误差模型的多因素正交试验。将正交试验的显著性检验结果F值作为全局灵敏度系数,准确溯源机床12项关键几何误差元素,为数字制造装备精度设计提供了重要的理论基础。     

工件分特征下的五轴数控机床关键几何误差分析与补偿方法

提出了工件分特征下的五轴数控机床关键几何误差分析与补偿方法,将复杂工件进行特征分解,通过灵敏度分析辨识工件分特征下的关键几何误差并补偿,从而提高工件整体加工精度。以某一复杂工件为例,首先,将其分解为平面、斜面、圆柱和圆锥台四个典型特征;然后,基于灵敏度分析分别辨识出各典型特征对应的关键几何误差;最后,分特征地进行误差补偿。在AC双转台五轴数控机床上进行了实验验证,实验结果表明,辨识得到的关键几何误差灵敏度系数之和占比均大于90%,补偿后工件四个典型特征的加工精度提高了20%~30%。研究结果表明,所提方法能有效辨识不同工件分特征下的关键几何误差,从而提高复杂工件的加工精度。     

复合数控机床几何误差建模及灵敏度分析北大核心

为了提高复合数控机床的加工精度,研究了机床的几何误差建模及灵敏度分析。以CHD-25型9轴5联动车铣复合数控机床为对象,介绍基于多体系统运动学理论的机床几何误差建模方法,模型涉及37项几何,分别对37项几何误差进行了误差灵敏度分析。通过计算与分析误差灵敏度系数,最终识别出影响机床加工精度的关键性几何误差,为复合数控机床的设计提供有效的理论依据。     

一种数控机床最小化误差的补偿策略

工业机床加工精度受控于数控机床加工系统的控制程序及相应策略,因此构造一种数控机床最小化误差的补偿策略,能有效减少制造生产过程中产生的误差影响。根据机器测量工作区的体积误差分布,设计基于映射的最小化误差补偿策略,以便减小数控程序误差。通过对比实验结果表明,该方法可有效降低数控机床加工零件的误差,可有效提高精度。     

基于平面光栅的机床几何误差测量与辨识

几何误差是影响数控机床准静态精度的重要因素,针对几何误差测量、辨识问题,提出基于平面光栅的面—线机床空间几何误差辨识方法。依据多体系统理论和齐次坐标变换方法建立了三轴数控机床21项几何误差元素与3项误差向量之间的映射关系;规划了3个相互垂直的平面内的测量路径和辨识方案,通过单轴运动和两轴联动的形式可连续测量每个平面内的5条直线,进而依次确定垂直度、俯仰和偏摆误差、定位及直线度误差、滚转误差,减少了多次安装过程中安装误差累积对测量结果的影响;通过基于面—线法的21项几何误差测量和辨识实验,并与基于激光干涉仪测量辨识结果对比显示,平面光栅测量结果与激光干涉测量结果的空间误差向量最大偏差为2.4μm,平均偏差为0.77μm,验证了该方法对辨识机床精度是准确、有效的。     

数控螺旋锥齿轮机床位置误差激光检测的研究

研究了激光多普勒位移测量仪的检测原理,并采用激光多普勒位移测量仪检测了数控螺旋锥齿轮机床的空间位置误差。通过对误差数据进行分析,评定了该机床的空间位置精度,提出通过补偿X、Y、Z轴的直线位置误差,可提高机床的空间精度。     

一种新型并联机构位姿误差建模及灵敏度分析

利用齐次坐标变换推导了一种新型五自由度平动、转动独立的复合机构的位姿反解。基于位姿反解和一阶泰勒展开,建立了考虑机构形位尺寸误差、转动副间隙误差和驱动误差的位姿误差计算模型。应用误差模型能够得出末端执行器位姿误差和各个误差源之间的显式映射关系,定量地分析各个误差源对机构运动精度的影响程度,从而确定机构中影响其运动精度的关键环节。应用差分法就机构位置误差对主要设计变量的灵敏度进行了分析计算。灵敏度分析有助于合理确定机构的设计参数。位姿误差建模及灵敏度分析为该复合机构的优化设计和误差补偿提供了理论基础。     

考虑热误差的双转台机床工艺误差谱预测方法

五轴数控机床的几何误差和热误差是影响工件加工精度的两个重要因素,对这些误差因素进行分析可以有效提高薄壁件工件的加工精度。本文首先基于齐次坐标变换法,建立了双转台五轴数控机床的旋转轴几何误差模型;然后基于对标准球进行在机接触测量,辩识得出两旋转轴的12项几何误差,这些误差考虑了两旋转轴之间的相互影响和其热误差的影响;最后分析五轴数控机床加工空间的几何误差场,在该加工空间内几何误差从中心到外侧逐渐增加,当A轴旋转角度增加时,误差的最大值也随之增加。与其它位置误差辨识方法相比,本方法的测量精度符合加工要求,测量时间只需要30 min。     

New method for computer numerical control machine tool calibration: Relay method

Relay measurement method, which uses the kilogram-meter (KGM) measurement system to identify volumetric errors on the planes of computer numerical control (CNC) machine tools, is verified through experimental tests. During the process, all position errors on the entire plane table are measured by the equipment, which is limited to a small field. All errors are obtained first by measuring the error of the basic position near the original point. On the basis of that positional error, the positional errors far away from the original point are measured. Using this analogy, the error information on the positional points on the entire plane can be obtained. The process outlined above is called the relay method. Test results indicate that the accuracy and repeatability are high, and the method can be used to calibrate geometric errors on the plane of CNC machine tools after backlash errors have been well compensated. __________ Translated from Journal Huazhong University of Science and Technology (Nature Science Edition), 2005, 33(11): 60–62 [译自: 华中科技大学学报(自然科学版)]     

五轴数控机床几何误差建模方法研究

五轴数控机床是实现工件复杂表面精密加工的重要设备,而机床本身精度是保证加工精度的重要前提。以一台大型五轴数控加工机床为研究对象,分析各项误差,应用多体系统运动学理论,建立移动轴与旋转轴的几何误差数学模型,推导出刀具相对工件坐标系的位置与姿态误差表达式,为误差补偿提供精确数学模型,提高机床加工精度。     

符合阿贝原则的数控机床几何误差建模

为提高现有数控机床空间误差分析方法的准确度,本文基于阿贝原则对齐次转换矩阵(HTM)几何误差补偿模型进行优化。首先,推导出XYFZ型三轴机床适用的HTM几何误差补偿模型并给出模型正确使用的前提条件;然后,基于阿贝原则分析了三轴机床的空间误差传递机理,指出阿贝误差对机床定位精度的影响,给出理论计算公式并在机床运动轴上进行实验验证;最后,基于阿贝原则和布莱恩原则对现有的HTM几何误差补偿模型进行优化,采用该模型拟合体对角线空间误差,并与实测机床体对角线误差进行对比验证。现有HTM几何补偿模型可将机床空间误差由41.15μm补偿至16.37μm,补偿率为60.22%;优化后的补偿模型可将机床空间误差补偿至5.32μm,补偿率为87.07%,提高了26.85%。实验结果表明,优化后的补偿模型更加合理,进一步改善了空间误差的补偿精度。     

数控机床位置精度的检测与补偿

主要介绍使用双频激光干涉仪对西门子840D闭环系统的数控机床进行位置精度的检测与补偿,并对该系统的闭环误差进行分析。实践表明,通过使用该方法能有效地提高数控机床的位置精度。     

A general methodology for machine tool accuracy enhancement by error compensation

A general methodology for increasing the accuracy of machine tools by compensating for the inherent systematic errors is described. This methodology in     

数控机床精度评价和螺距误差补偿技术研究

建立了螺距误差补偿的数学模型，设计了利用光栅尺进行螺距误差补偿的装置。对补偿前后的螺距误差进行了精度评价，结果表明，经过螺距误差的补偿，数控机床位置误差降低，实现了机床精度的软升级。     

数控机床的几何误差及其研究

从数控机床误差分类、几何误差模型建立和几何误差参数辩识常用的方法论述数控机床几何误差的研究。     

基于G代码修改的数控机床几何误差补偿方法

为减小数控机床的空间运动定位误差,研究了一种基于G代码修改的几何误差补偿方法。以多体系统理论为基础,构建起多轴数控机床的通用误差模型,并据此建立了三轴数控机床空间误差模型。提出三维空间内任意直线轨迹的直线插补补偿算法和可提高圆心位置精度的平面内圆弧插补补偿算法,且这2种补偿算法都可分别设定不同的插补精度。采用修改G代码方式实现补偿方法的通用性,在XZOY型三轴数控机床上开展了误差补偿实验,验证了其有效性。