复杂曲面零件加工精度的原位检测误差补偿方法

为提高复杂曲面零件的数控机床原位检测精度,分析影响接触式检测系统精度的各项因素及其误差补偿方法。对检测系统的主要误差来源如机床几何误差、测头预行程误差和测头半径误差进行分析研究。在对数控机床的几何误差进行分析和建模的基础上,采用激光干涉仪进行三轴数控机床的单项误差测量和补偿;针对测头检测过程中存在的预行程误差,提出基于径向基函数(Radial basis function, RBF)的预行程误差预测方法,获得测头预行程误差分布图,并对检测系统进行实时预行程误差的补偿;提出改进的三角网格模型顶点法矢计算方法,有效进行三维测头的半径补偿。通过实例零件的加工精度原位检测试验及其与三坐标测量机CMM检验结果的比较,验证了原位检测方法的有效性。     

数控机床在线检测软件的开发

基于Windows平台开发了数控机床在线检测软件,并对软件开发中的关键技术:建立检测系统的综合误差模型,测头误差处理技术,对系统设置、通讯和检测程序自动生成等模块进行研究。利用该软件可以自动生成检测程序,并可对测头误差、机床几何误差与热误差进行补偿,有效地提高了检测的精度和效率。     

精密孔系零件数控加工精度原位修正方法研究

通过为数控机床配备零件精度检测用测头以及相应的检测程序,即构成在机检测系统。在机检测将加工和检测集成在一台机床上完成,其核心优势在于加工的过程中就可以及时发现零件的偏差趋势。如果在检测系统增加原位修正的功能,即零件无须从工作台上卸下即可根据检测结果对工件进行补偿加工,可进一步优化在机检测系统的生态链。构建了基于“镜像补偿”的加工误差原位修正模型,给出孔系零件在机检测及其误差修正方法,最后通过一精密孔系零件加工案例证明了该方法的有效性。     

数控机床综合误差分析与建模研究

分析了影响机床精度的误差来源及运动副的误差运动学原理。以一台三轴数控机床为研究对象,利用低序体阵列描述多体系统拓扑结构,用特征矩阵表示多体系统中间体的相对位置和姿态,建立误差综合数学模型,模型中不仅包含了几何误差且包含了热误差和切削力误差,可为其他类型的机床误差综合建模及补偿提供参考。     

数控机床两种几何误差建模方法有效性试验研究

数控机床在制造行业中有着广泛的应用,数控机床精度对保证被加工零件质量起着关键作用,对机床平动轴几何误差进行补偿是进一步提升数控机床加工精度能力的重要手段。几何误差建模是几何误差补偿的基础,通常采用18项或21项几何误差建模方法,基于这两种建模方法,进行误差检测、辨识与补偿。但这两种建模方法对误差补偿的不同影响还没有系统的验证研究,根据验证结果指导采用更适宜的几何建模方法,对于改善误差补偿效果有着至关重要的意义。通过已经建立的数控机床的两种几何误差建模方法建模,开展了基于这两种误差模型的数控机床平动轴几何误差检测、辨识和补偿的仿真和试验研究,并对这两种误差补偿的有效性进行了系统性的分析比较。试验研究发现,18项几何误差建模方法能够精简地描述三轴数控机床的全几何误差项,21项几何误差建模方法则存在3项冗余角度误差项,造成精度预测模型的准确性降低。当通过建立精度预测模型进行机床空间误差补偿,试验研究发现采用18项几何误差建模方法的误差补偿效果优于采用21项几何误差建模方法的误差补偿效果,即18项几何误差建模方法更适用于三轴数控机床几何误差的软件补偿方法。该研究结论对于进一步提升数控机床加工精度的能力具有理论和实际的指导意义。     

数控机床定位精度的检测及补偿

首先对数控机床的加工误差来源进行了分析,接着阐述了应用双频激光干涉仪对数控机床定位精度进行检测的方法以及通过补偿机床螺距和对丝杠间隙误差进行补偿的方法,实现了机床线性定位误差的补偿,从而极大地改善了数控机床的定位精度。     

复杂曲面零件加工精度原位检测系统的残余误差补偿

复杂曲面零件数控加工后直接进行原位加工精度检测和误差补偿,是实现精密产品闭环制造模式的有效途径。原位检测系统的误差来源于测量系统误差和机床运动系统误差,经相关的误差分离与误差补偿后,仍存在较大的残余误差,影响检测精度及其推广应用。针对原位检测系统的检测精度问题,开展检测系统残余误差的回归建模与补偿研究,在机床几何误差、测头半径误差以及预行程等基本误差补偿的基础上,建立基于偏最小二乘回归分析算法的误差回归模型,实现曲面零件测点法矢方向的检测数据二次补偿。在算法实现的基础上,列举复杂曲面零件进行数控加工与在线检测的试验研究。试验结果表明,二次误差补偿方法可以进一步提高原位检测系统的检测精度。     

数控机床定位精度的检测及补偿

首先对数控机床的加工误差来源进行了分析,接着阐述了应用双频激光干涉仪对数控机床定位精度进行检测的方法以及通过补偿机床螺距和对丝杠间隙误差进行补偿的方法,实现了机床线性定位误差的补偿,从而极大地改善了数控机床的定位精度.     

复合式镗铣加工中心综合空间误差模型的建立

以建立数控机床空间误差模型为目标,其意义在于提高该机床的加工精度,满足加工特殊零件的精度设计要求。该复合式镗铣加工中心主要用于加工坦克及装甲车发动机等复杂箱体类零件,采用立式机床与卧式机床相结合的新型结构。基于多体系统,通过研究数控机床的拓扑结构与低序体阵列,建立特征矩阵,并结合其结构的复杂性进行综合分析与推导。建立一个能够全面包含数控机床空间位置误差与空间姿态误差的综合空间误差模型。以此研究成果为基础,结合适当补偿方法,可以大幅提高机床的加工精度。     

基于模拟退火算法的数控机床热误差补偿方法

为提高数控机床的精度,基于模拟退火算法设计数控机床热误差补偿方法,分别建立机床内部零件沿X轴、Y轴、Z轴方向做平移与旋转运动时的变化矩阵,计算电动机与轴承的发热量,二者相加后就可以得到高速运动下机床发热量。基于模拟退火算法建立热误差偏移补偿模型,获得系统温度的状态参量,得到温度下降后求和单元的传递函数,计算偏移补偿模型内X轴、Y轴、Z轴上经过多次迭代后的位置。设计数控机床热误差补偿算法,得到数控机床热误差补偿结果。实验结果显示,该数控机床在Y轴上的热误差值较小,但是在X轴与Y轴上的热误差较大,经过误差补偿后,其热误差分别降低至1～2 m m和0～1 m m,可见该热误差补偿方法效果较好。     

Mastercam宏程序编程在模具加工在线检测中的应用

在加工中心机床和专用检测设备上进行复杂模具零件数控加工和精度检测,因检测内容较多,容易造成重复装夹、耗费时间和人力以及增加人为操作误差的问题。本文运用Mastercam软件在线检测模块宏程序自动编程方法,设置雷尼绍触发测头参数,选择规划零件检测几何要素和测头动作路径;与数控机床内置的检测宏程序相结合,生成加工中心测头程序进行在线检测,智能判断标注加工精度超差坐标位置。拓展了数控机床的功能,减少了零件在加工机床和检测设备之间的流转时间,形成了智能化的数控加工质量控制闭环体系,提高了加工精度质量和效率。     

基于特征样件的数控铣床误差辨识方法研究

目前机床误差补偿成为提高数控机床加工精度的一种重要有效手段,而机床各轴多项误差的辨识/预测则是数控机床误差补偿的核心部分。为此提出一种新颖的机床误差辨识方法—通过试切特征样件来分离出机床XYZ三轴导轨的各项误差。应用多体系统运动学理论建立三轴数控机床的空间误差模型,在此基础上反求出具有特殊加工工艺参数与位置参数的几何要素集,通过测量由这些几何要素构成的样件辨识出机床XYZ三轴各项误差。以辨识机床X导轨的、、三项误差为例进行了理论推导,以为指标通过模型仿真与初步实验验证了该方法的可行性。     

基于最小二乘法CNC无线测头智能检测控制系统设计

为提高CNC在机检测效率和质量，针对现有的接触式测头各种检测误差，研究一种基于最小二乘法曲线拟合插值方法的测量误差补偿模型，该算法通过最小二乘法分别对测头模型标定、系统测量误差补偿模型构建，设计了一套精度较高的CNC无线测头智能检测与控制系统，达到在机测量零件尺寸精度和误差补偿。生产结果证明该系统误差补偿算法的可行性、有效性与优越性较高，提高了生产效率、生产质量，降低了次品率、生产成本，能广泛适用于CNC数控铣削精密加工零件尺寸测量与误差补偿。     

数控机床误差补偿研究新方向——几何误差动态特性

明确了制约数控机床误差补偿难以取得理想效果的原因,指出应当进一步加大对机床动态特性的研究。在回顾对机床几何误差研究的基础上,分析了近年来研究趋势和发展方向,指出数控机床三个平行轴的几何误差动态特性是重要研究方向,这一研究的深入将为数控机床的动态误差补偿奠定基础,具有重要的理论和实践意义。     

一种五轴数控机床的综合误差建模与补偿

研究五轴数控机床的综合误差建模与补偿方法。系统地分析了机床几何误差与热误差,并提出了其新的分类方法和一种直观形象的杆、副误差矩阵描述方法,根据这种误差描述方法建立了五轴数控机床的综合误差模型,最后根据矩阵微分法建立了机床综合误差补偿模型。     

球杆仪用于数控机床几何误差补偿的研究

介绍了利用球杆仪测试和辨识数控机床几何精度的方法,在精确掌握三坐标数控机床几何误差的基础上,通过建立三轴数控机床的几何误差模型,利用误差综合补偿软件进行了补偿实验.结果表明,机床的各项误差都有所降低.     

卧式数控机床主轴温度场分布及对机床热变形的影响

分别应用红外热像仪测温技术和激光测距技术对机床温度场和机床热误差开展研究.着重分析三轴卧式数控机床的温度场分布、机床运行中的热行为以及两者之间的联系.经试验发现,主轴热误差是数控机床的主要误差源之一,主轴热误差与机床运行中的温度分布有紧密联系,主轴各方向变形量呈现出随主轴温度升高而明显增大趋势,并且主轴Z方向的伸长量远大于X和Y向的变形量.提出通过改善冷却和散热条件而降低主轴温度,以达到有效控制主轴热误差以及建立热变形补偿模型实施补偿等措施,经验证热变形改善效果明显.     

基于误差补偿的加工中心在线检测软件的开发

对加工中心在线检测软件误差补偿技术进行研究，基于Windows平台开发了在线检测误差补偿软件。并对软件开发中的关键技术检测系统的几何误差模型的建立、测头误差处理技术进行了研究。可以同时对测头误差、机床几何误差进行补偿，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。     

数控机床空间位置误差的检测及神经网络误差补偿技术

利用平面正交光栅检测三轴加工中心的空间位置误差,建立了机床空间位置误差的数学模型;提出了基于人工神经网络技术的机床空间位置误差补偿方法,并建立了神经网络误差补偿模型。通过误差测量与补偿试验,验证了该方法应用于数控机床误差补偿的可行性。     

非球面接触测量中触发式测头预行程误差补偿研究

利用触发式测头对非球面零件进行接触测量时,由于其固有的预行程误差往往严重影响测量精度,为了降低该误差引起的精度损失,文中从测头自身结构出发,对预行程误差进行数学建模分析并研究其补偿方法。首先,对由于触发力产生的测杆变形位移和测球变形位移进行分析,并建立预行程数学模型;其次,根据测头触发力与被测件接触角度的不同,建立测头触发力模型;最终根据预行程数学模型,研究预行程误差的补偿问题。经实验证明,通过对测头结构特点分析出的测头预行程误差补偿方法,可以提高非球面零件的测量精度。