[误差建模及精度保证方法]双五轴数控铣削机床旋转轴误差辨识方法

为了快速、系统地辨识双五轴数控铣削机床旋转轴几何误差,提出了一种基于R-test的误差测量辨识方法。根据R-test误差模型研究误差测量值与各项误差参数的关系,辨识旋转轴各个几何误差项以得到旋转轴的安装误差和运动误差;利用最小二乘法原理平面圆拟合和直线拟合的方法分别辨识出2项位移误差和2项垂直度误差;基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立刀具坐标系与工件坐标系的齐次坐标变换模型,并辨识出3项移动误差和3项转动误差;最后,根据所得辨识值对X向和Y向位移误差进行补偿。实验结果表明,补偿后X向和Y向位移误差明显减小,误差补偿结果验证了测量、辨识的准确性和有效性。     

数控机床旋转轴误差的快速测量与辨识新方法

根据齐次变换理论推导出旋转轴基本几何误差辨识模型,在此基础上,提出了一种基于球杆仪的旋转轴基本几何误差快速测量和辨识新方法,将球杆仪一端的中心座分别安装在旋转工作台的3个不同位置,通过联动控制球杆仪另一端球心按圆形轨迹运动,分别测量旋转轴圆周每个离散位置点在X、Y、Z方向上的偏差,并根据所建立的辨识模型,辨识出旋转轴的6项基本几何误差。同时,提出了基于系数矩阵灵敏度分析的方法,用于指导测量点的合理分布,减少测量误差的影响,从而提高误差辨识精度。     

球坐标测量系统测量模型

针对球坐标测量系统,提出1种基于机器人运动学的建模方法,建立其包含几何误差的精确测量模型。在分析球坐标测量系统几何误差源的基础上,基于准刚体假设,运用齐次坐标变换矩阵,通过坐标系之间的运动变换,建立了球坐标测量系统精确的测量模型。该模型包含球坐标测量系统20项几何误差,为进一步进行误差辨识和误差补偿奠定了理论基础。     

五轴数控机床摆动轴几何误差的测量与辨识

提出一种基于球杆仪的摆动轴几何误差测量和辨识的新方法。通过圆弧测量轨迹测量球杆仪球心在回转工作台上3个安装位置的球心偏差,并利用齐次坐标变换理论建立其几何误差的辨识模型,分两步从球杆仪测量结果中辨识出4项轴线位置误差和6项运动误差。在转摆台式五轴数控机床上采用球杆仪进行实验验证,通过比较误差补偿前后球杆仪的测量值来验证辨识方法的有效性。     

转台-摆头式五轴机床几何误差测量及辨识

为降低转动轴几何误差对转台-摆头式五轴机床精度的影响,提出了基于球杆仪的位置无关几何误差测量和辨识方法。基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了转台-摆头式五轴机床位置无关几何误差模型,依据旋转轴不同运动状态下的几何误差影响因素建立基于圆轨迹的四种测量模式,并实现10项位置无关几何误差的辨识。利用所建立的几何误差模型进行数值模拟,确定转动轴的10项位置无关几何误差对测量轨迹的影响。最后,采用误差补偿的形式实验验证所提出的测量及辨识方法的有效性,将位置无关几何误差补偿前后的测量轨迹进行比较。误差补偿后10项位置无关几何误差的平均补偿率为70.4%,最大补偿率达到88.4%,实验结果表明所提出的建模和辨识方法可用于转台-摆头式五轴机床转动轴精度检测,同时可为机床精度评价及几何精度提升提供依据。     

基于球杆仪位姿的机床回转台几何误差辨识研究

针对误差测量中由移动轴联动引起的旋转轴与移动轴误差耦合现象,提出一种基于球杆仪实际位姿的误差辨识方法。以CFXYZA型五轴数控机床的回转台为测量对象,设计了球杆仪X向,Y向及Z向组合测量模式,通过改变球杆仪中心座的安装位置和高度,共测得6组杆长变化数据,再利用齐次变换理论推导几何误差参数与杆长变化量的关系式,以辨识出回转台6项几何误差。测量试验和辨识结果表明,使用该法不仅提高了辨识精度,而且可消除测量过程中耦合的移动轴误差,对同类型机床回转台的几何误差测量、辨识均具有参考意义。     

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。     

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。     

基于参数化建模的旋转轴误差快速辨识方法

针对现有旋转轴几何误差辨识方法计算量大且无法避免异常值等问题,提出了一种基于参数化建模的旋转轴位置相关几何误差快速辨识方法。首先,分析了旋转轴位置相关几何误差的特性,建立了测量旋转轴时球杆仪杆长变化的综合模型,并基于约束条件进行化简;其次,使用四阶傅里叶级数对5项位置相关几何误差进行参数化建模,并基于5种测量模式得到位置相关误差的辨识模型;接着,分析了球杆仪安装误差对杆长变化及辨识结果的影响规律并消除其影响;最后,在小型五轴机床的旋转工作台上进行了实验,辨识出旋转轴的5项位置相关几何误差,并通过改变安装位置和安装角度的球杆仪杆长预测实验对辨识方法的正确性进行了验证。     

基于球杆仪的五轴数控机床误差快速检测方法

几何误差是五轴数控机床重要误差源,针对传统测量方法仪器昂贵、测量周期长问题,提出基于球杆仪的五轴数控机床几何误差快速检测方法。对于机床的平动轴误差,利用多体系统理论及齐次坐标变换法,建立平动轴空间误差模型,通过球杆仪在同一平面不同位置进行两次圆轨迹,辨识出4项平动轴关键线性误差;针对五轴机床的转台和摆动轴,设计基于球杆仪的多条空间测试轨迹,完整求解出旋转轴12项几何误差。实验结果显示,所提方法获得转角定位误差与激光干涉仪法最大误差为0.001 8°,利用检测结果进行机床空间误差补偿,测试轨迹偏差由16μm降至4μm,为补偿前的25%,验证了方法的有效性。提出的五轴机床几何误差检测方法方便、便捷,适用于工业现场。     

基于球杆仪单轴运动测量的旋转轴几何误差辨识

为避免非辨识轴几何误差、伺服控制误差等干扰源对测量结果的负面影响,降低辨识模型复杂度,提出了一种基于球杆仪单轴运动测量的旋转轴几何误差辨识方法。以单轴运动模式代替传统的多轴联动测量模式,首先基于齐次坐标变换理论建立了旋转工作台在位置相关几何误差影响下的杆长变化量(ΔL)的数学模型;然后通过分析球杆仪的安装参数,基于列满秩辨识矩阵构建误差辨识模型,并据此设计了一种包含9次独立测量试验的辨识方案。该方案通过提高测量试验次数,减少了单次试验中较大测量误差可能造成的系统辨识精度损失,具有较高的方法鲁棒性。在辨识实验中,通过迭代调整的方式对刀具球进行精确安装,并排除了工件球安装误差和工作台位置无关几何误差的影响。最后,进行了ΔL的预测分析和误差补偿实验,补偿后工作台一圈内ΔL的最大绝对值由0.010 3 mm减少至0.002 0 mm,验证了该辨识方法的有效性。     

五轴数控机床旋转轴综合误差测量与辨识

针对五轴数控机床旋转轴的运动误差和几何误差的综合评估问题,在不考虑直线轴运动误差影响的情况下,提出了一种采用R-test测量仪的测量及其辨识方法。首先,测量过程按照参考球的两种不同高度设置进行,仅移动旋转轴,而不移动直线轴。其次,利用R-test测量仪对旋转轴的运动精度进行了测量。此外,假设旋转轴位置几何误差和工作台上参考球的设置误差是影响测量结果的因素,并通过最小二乘法对这些因素进行分离。采用IBS公司的R-test测量仪,对米克朗公司UCP800Duro立式五轴加工中心C轴的运动误差和几何误差进行了测量实验。研究结果表明,该方法能够正确识别旋转轴的运动误差和几何误差,可以有效地综合评估旋转轴的运动精度,并有助于进一步提高旋转工作台的精度。     

三轴数控铣床切削力引起的误差综合运动学建模

使用齐次坐标变换的方法建立了三轴数控铣床的切削力误差综合数学模型。首先基于三轴数控铣床的结构分析对切削力误差元素进行识别,然后在机床各运动部件上建立一系列坐标系并推导出各相邻坐标系间的齐次坐标变换矩阵,最后根据切削加工中刀具切削点与工件正被切削点在基坐标系中的坐标值相同列出等式,推导出切削力误差综合模型。该模型包含30个对机床加工精度影响较大的切削力误差元素,适用于计算误差补偿时的补偿量。
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基于双目视觉测量系统的机器人误差检测方法

针对机器人存在的几何参数误差影响绝对定位精度的问题,提出一种基于双目视觉测量系统的机器人误差检测方法。采用修正的DH(MDH)模型建立了带几何误差的机器人运动学模型,根据工具中心点(TCP)实测点与误差补偿后的理论点应重合的原理,推导出误差辨识模型。为构建约束方程,利用平面和空间圆拟合,实现了测量坐标系到基坐标系的转换。通过仿真确定了可辨识的误差,初步验证了误差检测方法的有效性。搭建了误差检测实验装置,使用Handyprobe光笔测量仪进行了误差检测实验。误差补偿后,检验点组绝对定位误差均值减小81.02%,证明了基于双目视觉测量系统的机器人误差检测方法的有效性和可行性。     

三轴数控铣床切削力引起的误差综合运动学建模

使用齐次坐标变换的方法建立了三轴数控铣床的切削力误差综合数学模型.首先基于三轴数控铣床的结构分析对切削力误差元素进行识别,然后在机床各运动部件上建立一系列坐标系并推导出各相邻坐标系间的齐次坐标变换矩阵,最后根据切削加工中刀具切削点与工件正被切削点在基坐标系中的坐标值相同列出等式,推导出切削力误差综合模型.该模型包含30个对机床加工精度影响较大的切削力误差元素,适用于计算误差补偿时的补偿量.     

基于EFAST方法的三坐标数控机床几何精度灵敏度分析

机床几何误差是影响机床加工精度的主要因素之一,本文针对机床几何误差建模、几何精度灵敏度分析、筛选关键几何误差等问题进行研究。结合多体系统理论和齐次坐标变换建立三坐标数控机床的几何误差模型,求解机床空间位置误差表达式。使用雷尼绍XL-80激光干涉仪对三坐标数控机床进行几何误差测量试验,将测量结果导入九线法误差辨识模型,辨识三坐标数控机床的21项几何误差。应用Simlab软件中的拓展傅里叶幅值灵敏度检验方法(EFAST)对三坐标数控机床的几何误差进行灵敏度分析,并筛选出影响三坐标数控机床加工精度的关键几何误差。此外,以关键几何误差为基础,建立三坐标数控机床的简化几何误差模型,与三坐标数控机床的几何误差模型进行对比分析。结果表明,该方法可合理经济地提高三坐标数控机床加工精度及几何误差补偿。     

基于西门子840D数控系统的龙门五轴数控机床几何误差补偿软件开发

基于西门子840D数控系统垂度误差补偿功能,开发一种龙门五轴数控机床几何误差补偿软件。该软件通过导入给定检测策略下激光干涉仪与R-test的检测数据以及辅助工装的几何参数建立辨识方程组,通过十三线辨识方法实现平动轴几何误差辨识,通过偏置球心R-test方法实现转动轴几何误差辨识,以西门子840D数控系统垂度误差补偿文件为模板,输出可被数控系统自动识别的误差补偿文件,最后通过装载补偿文件实现机床几何误差的自动补偿。该软件内部集成几何误差检测策略,将辨识算法和补偿技术进行自动化封装,避免了误差辨识和补偿过程的繁琐性,有效提升了几何误差补偿效率。     

球坐标测量系统几何误差辨识及补偿方法

几何误差是影响球坐标测量系统精度的重要因素,误差补偿技术是提高其测量精度的有效方法。本文针对球坐标测量系统几何误差辨识及补偿问题,提出一种基于高精度球面靶标标定的误差辨识方法。首先,基于Denavit-Hartenberg方法建立球坐标测量系统误差模型;其次,分析基于高精度球面靶标标定的误差辨识原理;最后,运用该标定方法进行几何误差辨识仿真试验,并具体分析影响误差辨识精度的因素。仿真结果表明,基于高精度球面靶标的标定方法可以辨识出7项几何误差,经过误差辨识和补偿能够提高球坐标测量系统的球面面形测量精度。     

五轴加工中心旋转轴几何误差元素区别建模辨识技术

构建五轴加工中心空间误差模型的关键环节在于准确辨识旋转轴位置相关几何误差元素(PDGE)和位置无关几何误差元素(PIGE).以某五轴加工中心为研究对象,提出了一种面向旋转轴PDGE和PIGE的区别建模辨识方法.以多体系统理论和齐次坐标变换为基础,以两运动链末端所构空间向量欧氏范数的演变规律为依据,推导建立旋转轴PDGE...     

五轴数控机床旋转轴安装误差测量辨识方法

为了方便快捷、准确地测量五轴数控机床旋转轴的安装误差,提出一种基于旋转轴综合误差测量的安装误差辨识方法。该方法借助于五轴数控机床的RTCP功能,测量某点绕旋转轴转动过程中的理论坐标与实际坐标的综合误差数据,通过误差数据的平面圆和直线拟合,实现了安装误差的分离和辨识,包括2项位移误差和2项垂直度误差。试验结果表明,该方法计算准确,可用于机床旋转轴的装配调试精度分析。