基于旋量理论的数控机床几何误差分离与补偿方法研究

针对机床制造和装配过程中产生的几何误差,建立一种通用的、系统的机床几何误差模型与补偿方法。首先以旋量理论与多体运动学理论为基础,从机床单个运动链到机床整体进行分析并建立了一种通用的误差模型,该模型可分离出影响可补偿与不可补偿位姿误差的几何误差源。然后基于得到的12项可补偿几何误差利用激光干涉仪进行几何误差测量、补偿实验。为了验证补偿效果,利用球杆仪进行了补偿前后的对比实验。实验结果表明:经过补偿后机床的垂直度提高了16%,圆度提高了37%。证明了所提出的建模和补偿方法可有效提高机床加工精度。     

数控机床空间误差球杆仪识别和补偿

提出了多轴机床空间误差的球杆仪识别方法和补偿技术。建立了机床刀尖相对工件的空间误差的误差参数模型;给出了在机床工作空间中三个互相垂直的平面内,用球杆仪测量圆周运动的半径误差结合机床的空间误差模型识别定位、直线度、角度、垂直度和反向间隙等误差参数的方法。补偿试验结果证明该误差识别与补偿方法省时有效。     

铣削加工力-位误差的综合建模与补偿

基于铣削加工特点,建立铣削加工过程中的力-位综合误差模型,并基于原点偏移法建立了力-位综合误差在线补偿系统。根据铣削过程中的剪切和犁切机制,建立刀具微元切削力模型,通过积分得到切削力模型。依据变形理论,提出刀具及工件的切削力所致误差模型,并结合机床几何误差模型,利用齐次坐标变换,建立力-位综合误差模型。基于Fanuc数控系统的原点偏置功能开发误差在线补偿系统,实现力-位综合误差的在线补偿。利用立式加工中心对工件进行铣削加工实验,并对无误差补偿、仅补偿机床几何误差、仅补偿切削力所致变形误差、补偿力-位综合误差四种加工方式的加工精度进行对比,结果表明,力-位综合误差补偿的加工精度大大优于各单项误差补偿及无补偿的加工精度。     

垂直度误差对五轴数控机床误差建模精度和复杂度的影响

通过理论推导,证明了垂直度误差在作为平移误差元素建模和作为转角误差元素建模时对误差模型的精度和建模复杂度的不同影响。研究结果表明,对于误差建模过程的复杂度,作为平动误差的建模复杂度小于作为转角误差建模,垂直度误差增多时,复杂度的区分更加明显,主要表现在建模矩阵中附加了转角误差矩阵;对于补偿精度,只需要位移补偿的机床,两种建模结果的补偿效果相同,但对于需要角度补偿的多轴机床,作为转角误差建模获得的补偿矩阵的精度要高于作为平动位移。因此,提出在进行五轴机床误差综合建模时把垂直度误差作为平移误差建模的理论。     

基于神经网络的机床-工件系统热误差补偿技术研究

以机床-工件系统的热变形为研究对象,应用神经网络理论建立机床-工件系统的热误差模型,对热误差神经网络模型的关键输入参数进行了分析讨论,提出了该模型的误差补偿策略。以某型号大尺寸回转支承滚道数控车削加工为例,建立了热误差模型,对回转支承滚道加工实施热误差补偿,结果表明,机床-工件系统的热误差模型有较强的预测能力,提出的补偿方法有较好的补偿效果。     

抽油杆加工的柔性补偿控制

抽油杆端部螺纹的外径、中径公差及台肩与螺纹中径中心线垂直度的公差要求较为严格,如图1所示。在卧式多轴自动车床上加工,生产率较高,可减轻工人的劳动强度,但其加工精度较低。这种机床加工工件的外圆一致性在 0.05～ 0.lmm范围之内。抽油杆的螺纹是采用滚压加工的,对于液压螺纹,滚前外径应有较高的尺寸要求,为提高滚前毛坯外径的尺寸精度,我们在滚前外径精加工工位上加上一个柔性补偿系统,对机床的各种误差进行补偿。 多轴自动车床精加工工位的误差补偿,国内外已有应用,从现有资料看,他们都是将补偿刀架装到横刀架上,利用凸轮或步进电机进…     

一种基于激光干涉仪的大型龙门机床平动轴垂直度误差检测方法

针对大型龙门机床平动轴垂直度误差检测的难题,构建了垂直度误差动态表达与龙门机床空间定位误差的映射关系,提出了一种基于激光干涉仪的平动轴垂直度误差检测方法,与大理石方尺垂直度误差检测方法进行了比较。结果表明,基于激光干涉仪的垂直度误差检测方法可以更准确地检测出平动轴垂直度误差,并弥补了大理石方尺测量范围有限及测量过程扰动因素大等不足,为大型龙门机床平动轴精度调整及误差补偿提供了重要指导。     

双转台五轴数控机床误差实时补偿

以双转台五轴数控机床为对象,建立各移动轴和旋转轴运动的数学模型,以工件坐标系为基础坐标系,应用齐次坐标系变换理论,推导任一时刻各轴运动在工件坐标系中的位置误差数学表达式.针对五轴机床的移动轴和旋转轴同时运动存在耦合的情况,提出一种分步实施的解耦补偿方法,即在实施误差补偿时首先进行姿态误差补偿,通过旋转轴的旋转运动将工件的实际姿态调整到与理想姿态相同,然后通过移动轴的平移运动进行位置误差补偿,并相应建立五轴机床误差补偿数学模型.通过仿真分析和对曲面零件的实时补偿加工试验,明显提高加工精度,并有效避免直接进行补偿加工过程中可能带来的运动干涉情况,从而验证该五轴机床误差补偿数学模型及其实时补偿的可行性和有效性.     

机床直线运动精度的自动检验及补偿

一、绪言 为了在计算机数控机床上加工高精度工件,需在其上接入一套装置,以减少机床直线运动误差的影响。这可通过测量导轨移动的直线度误差,并将补偿信号返馈到机床的伺服驱动机构,从而使刀具和工件的相对位置不变。 所接入的装置不仅能消除机床内部误差的影响,也能消除因切削力变化、不均衡的静力或动力负荷、热膨胀以及导轨逐渐磨损所造成的影响。 二、误差的分析 三座标机床的直线运动误差可以分成两大类: 1)三组导轨各自的不直度误差; 2)三组导轨主方向之间的不垂直度误差。 1.不直度误差 每条导轨在主运动方向均有单向自由度。然而由…     

数控插齿机的误差建模与误差补偿解耦

为提高数控插齿加工精度,需对其误差进行补偿。通过分析插齿机床的运动特点,建立了插齿机运动模型;基于机床误差运动学原理,推导出用齐次变换矩阵描述的刀具相对于工件的误差模型;基于小误差补偿运动假设和微分变换原理,对各轴运动副的误差补偿量与刀具相对于工件的位置及方向误差模型间存在的耦合关系进行了解耦,获得了影响插齿加工精度的各运动副位置或方向误差补偿量。     

剐齿加工几何位姿误差补偿系统的开发

针对数控剐齿机床制造和装配过程中产生的几何误差,开发出自动生成几何位姿误差补偿代码的系统。首先,基于剐齿加工原理和齐次坐标变换理论建立机床运动传动链,得到剐齿加工成形函数。然后,通过实际逆向运动学误差补偿方法对成形函数进行求解。最后,分析软件所需功能模块,在Qt跨平台开发框架下进行人机界面设计,使用C++编程语言编写程序,开发剐齿加工几何位姿误差补偿系统。该系统可实现刀具参数计算、工件参数计算以及几何位姿误差补偿G代码的自动生成。通过VERICUT模拟加工,验证了该系统的正确性,结果表明补偿后齿轮精度得到了提升。本系统的开发为实现剐齿几何误差自动补偿提供了理论和实践基础。     

基于“华中8型”数控系统的空间误差补偿应用技术研究

随着工业制造水平的提升,对高精度机床要求越来越高,除机械制造及装配精度,控制系统也要实现对机床空间误差补偿,以尽可能提高机床加工精度。为了解决数控机床在制造、装配以及磨损导致的加工精度下降问题,提出基于空间21项的几何误差补偿方法,实现各轴空间线性定位误差、直线度误差和垂直度误差补偿方法的推导,并结合国产“华中8型”高档数控系统集成,实现测量补偿一体化,提高了误差补偿效率。在加工中心上结合空间体对角线进行测试验证,数据表明,补偿后的PPP、PNP、NPP和NNP四体对角线定位误差分别降低57%、56%、56%和73%,补偿效果显著,充分验证了“华中8型”空间误差补偿模块有效性。     

数控成型磨齿机加工误差在线监测及补偿

研究数控机床加工过程在线监测及加工误差分析与补偿方法的问题,提出用于数控成型磨齿机齿向误差在线监测及补偿方法。数控机床加工过程中,加工工件和刀具间的相对位置关系对机床加工精度具有重要影响。通过获取数控机床内置信号(光栅、编码器)可以得到这一重要信息。基于内置信号同步采集方法,利用齐次坐标变换原理对数控机床进给轴的内置信号进行变换分析,获得机床空间加工轨迹,从而实现机床加工误差的在线监测与评估。同时,通过分析加工过程中各进给轴的动态位置信息,可以确定影响加工误差的主要因素。基于分析结果,通过软件实时补偿原理,结合数控机床控制系统特点,对主要误差源进行在线补偿,从而达到提高加工精度的目的。采用该方法对一数控成型磨齿机加工过程齿向误差进行评估与补偿,与三坐标测量机检测结果对比表明该方法可以有效地获取加工误差形貌。根据基于分析结果进行补偿后,使该机床齿向误差明显降低,提高了机床的加工精度等级。     

台式微小型五轴联动机床研制及微小工件加工

研发了一台可适用于微小工件加工的台式微小型五轴联动机床,给出该机床的基本构成,建立了基于PMAC运动控制器的开放式数控系统,利用双频激光干涉仪对机床样机进行了精度检测,并经过误差补偿达到设计要求。以某微细薄板工件加工为例,验证了该机床可以满足微小工件的加工要求。     

齿轮机床补偿运动误差的测试与诊断

本文基于齿轮机床为适应加工斜齿轮需要都具有补偿运动的功能,阐述了一种新的补偿运动误差的评定、诊断方法及系统。据相关准则,新方法将运动误差变换到轮齿的法向进行考察并计入几何误差,及力、热效应的影响。新系统不需像传统方法一样采用精密元件组成基准系统,而是采用经被测机床精切后的工件齿轮作测量元件,运用误差相关(工件误差与补偿运动误差相关)和误差分离的原理,求解补偿运动误差和工件齿面波度误差,并捕捉二者误差的主源。显然,这是对传统方法的一次撞击。文章论述了新系统的原理、特性及误差主源的诊断过程。最后还给出了实例。     

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。     

工件的变形和形状位置误差

形状误差和位置误差在机械加工中是无法避免的,导致产生状形位置误差的原因很多,归纳起来大致可分为下列两个方面: 1.工件的变形。 2.设备工装(夹具、刀具等)的误差。设备和工装方面的原因比较清楚,例如机床轴的回转精度和轴方窜动,机床导轨的平直度,机床主轴中心线和导轨的平行度和垂直度等机床误差可导致工件产生圆柱度、平面度、垂直度、同轴度、跳动等形状位置误差。要防止或减少由于这些设备和工装方面的原因导致形状位置误差的产生,可从这些误差产生     

工件载荷对机床定位误差的影响分析及补偿研究

影响机床精度的因素众多,其中,工件载荷对机床产生的误差同样不可忽视。通过对机床的受载情况进行静力学分析,并利用激光干涉仪对机床的定位误差及其他各项几何误差进行测量,其结果显示,工件载荷对机床的几何误差存在很大影响,尤其在定位精度上,加载100 kg与空载相差10%左右,并且在进行误差补偿之后,这一差距会提升到40%左右,在此基础上提出了结合载荷的定位误差补偿方法。该方法解决了螺距误差补偿在实际工况下会产生欠补偿或过度补偿的问题。     

温度对交叉杆并联机床加工精度的影响分析

研究了环境温度对交叉杆并联机床加工精度的影响。采用闭环矢量法建立了该并联机床的运动学反解方程,并基于该方程通过优化算法建立了该机床的位姿误差模型,分析并比较了由环境温度变化引起的机床加工误差。研究表明,环境温度变化产生的驱动杆杆长误差相对较大,使得并联机床加工精度降低,由环境温度引起的机床加工误差在误差分析与补偿过程中是不可以被忽略的。为了提高并联机床的加工精度,必须对其工作环境温度进行控制或进行温度补偿。     

加工中心加工垂直度工作精度的误差分析

通过对垂直度的误差分析,垂直度受多项机床几何精度影响,建立了几何误差与特征公差之间的关系,发现需要改进这些误差来提升垂直度加工精度值.根据系统的机床误差分析结果,形成了相应的机床精度改进目标.