背负式磁导航AGV纠偏控制系统设计

针对AGV运行过程的自主导航问题,采用模块化设计思想,设计了一种开放式数控系统的背负式AGV机器人纠偏控制系统。利用传感器对AGV的位置和周围的障碍物进行检测,结合基于差速原理的纠偏算法对AGV的运行路线进行实时监测;利用工业平板电脑和运动控制卡组成上下位机,上位机软件采用Visual C++编写,通过人机交互界面对AGV进行操作和控制,保障AGV按照正确路径安全地运行。通过对AGV机器人进行性能实验,验证了背负式AGV机器人的控制系统平稳可靠,具有较好的应用价值。     

基于LabView的带电作业机器人运动控制系统设计

本文介绍了一种针对地面遥操作带电作业机器人运动控制系统的设计方法,机器人采用基于CAN总线的双层分布式控制系统结构体系实现冗余机械臂七个关节电机的位置同步控制,并采用图形化开发平台LabView进行运动控制人机交互界面的开发,整个系统简洁高效,具有很好的易操作性和实用性。     

基于PMAC的激光模切机数控系统设计

开发了由PMAC 运动控制卡和工业PC机组成的开放式多功能激光模切加工数控系统.该系统以通用的Windows 操作系统作为开发平台,同时具有硬件和软件的开放性;可实现数控系统和伺服控制系统间的通讯、加工代码的自动生成、最佳模切顺序和最短空程路径;具有编程专家系统,使用者无需学习G代码和PMAC卡宏指令,即可编程.     

进给系统热变形对机床运动重复性误差的影响研究

为了分析进给系统热变形对机床运动重复性误差的影响，提出了一种基于分层模型-移动热源的进给系统热变形建模方法。将进给系统分为丝杠层和工作台层，将移动结合面等效为弹簧。采用实体单元和接触单元建立了有限元模型，在丝杠和导轨上施加移动热源，获得进给系统的温度场和热变形。在此基础上，分析了工作台进给速度、轴承预紧力矩和滑块支撑距离对机床运动重复性误差的影响，并进行了实验验证。研究表明，工作台进给速度和轴承预紧力距对机床运动重复性误差的影响较大，滑块支撑距离对机床运动重复性误差的影响较小。研究结果为在机床设计和装配中减小机床运动重复性误差提供了依据。     

基于图像反馈的CNG车载瓶底加工刀具路径误差补偿技术

CNG车载瓶底部加工质量直接影响CNG车载瓶的安全运行.针对传统开放式数控机床的进刀方式造成加工原理误差,工件加工时的安装误差导致瓶底强度削弱等技术问题,将基于图像反馈的刀具路径误差补偿技术应用于CNG车载瓶底部加工组合机床的控制系统,构建基于图像反馈的模型,阐述了CNG车载瓶底加工刀具路径误差识别与补偿设计的算法和流...     

激光电解复合加工电解液循环控制系统研究

为解决金属材料微结构的高精度、高效率和高质量的微细加工问题,提出了一种激光电解复合加工新方法.分析了激光电解复合加工电解液流体的冷却效应以及气液两相流的影响原理.设计了基于激光电解复合加工的电解液循环控制系统,分析了控制系统原理,搭建了控制系统硬件结构,并对其软件系统进行详细设计.系统通过柱塞液压泵和电动调节阀对电解液增压并控制其流量,通过温度传感器和离子选择电极检测数据,实时控制电动调节阀、加热器等元件的启闭,实现电解液循环控制系统的自动控制.     

防空指挥控制系统人机交互设计趋势研究

目的 梳理防空指挥控制系统人机交互设计的起源与发展趋势,探索未来系统开发的方法与框架。方法 基于“以指战员为中心”的设计理念,研究了防空作战指挥控制系统人机交互界面的设计任务层次划分,将人机交互界面分为用户行为、交互架构与视觉表现等层次。结论 通过对用户的任务调研、交互架构逻辑研究及视觉设计等步骤,对防空系统人机交互设计界面设计过程进行了梳理。提出了防空指挥控制系统在“感知—决策—操作”过程中的人机交互设计对应内容,总结了系统界面设计与信息可视化设计的任务。通过人机交互设计研究,建立了防空系统人机交互设计框架与目标,提升了系统的可用性与美观度,提高了作战任务操作的效率。     

考虑结构热变形的机床进给系统热误差研究

为系统研究精密机床进给系统热误差的形成机理及其影响因素，提出了一种考虑结构热变形的进给系统热误差建模方法。在考虑进给系统内生热源及冷却系统对丝杠螺母副的温升和丝杠热变形作用机制的前提下，同时考虑了进给系统内生热源对精密机床结构大件（床身、立柱、溜板）热态特性的影响规律。通过分析结构热变形引起的进给系统电机座和轴承座相对位置的变化，建立了综合考虑结构大件和丝杠热变形的进给系统热误差模型。以JIG630精密卧式加工中心为例，进行了考虑结构热变形和不考虑结构热变形的进给系统热误差建模与仿真分析，并开展了相应的测试验证实验。结果表明考虑结构热变形的进给系统热误差模型仿真值与实验结果具有更高的一致性。该建模方法对精密机床进给系统热平衡设计、热误差的控制与补偿具有重要参考意义。     

高速激光切割机床数控加工态势识别系统

当前方法设计的系统对机床数控加工态势进行识别时,没有对噪声进行回放,对切割平面度、切割定位精度、机床平稳性进行识别时,识别结果不准确,存在识别准确率低的问题。该文提出高速激光切割机床数控加工态势识别系统设计方法,首先,通过运动控制卡,伺服控制模块及加工态势识别模块构成高速激光切割机床数控加工态势识别系统的架构;其次,在加工态势识别模块中设计系统初始化、态势识别、自动诊断报警、运动控制、图形转码和G代码编译等子模块,在此基础上,通过噪音采集、噪音回放和信号分析等方法提高加工态势识别的准确率;最后,采用HMM算法构建高速激光切割机床数控加工态势识别模型,实现加工态势识别。实验结果表明,加工态势设计方法设计的系统可有效识别机床的切割平面度、切割定位精度和机床平稳性,识别准确率较高。     

基于改进有序聚类法的立式加工中心进给系统温测点优化

为解决立式加工中心热误差补偿关键技术中温测点难选取的问题，提出了一种基于改进有序聚类法的机床进给系统温测点优化方法。首先，结合试验数据计算反映温测点温度变量与热误差相关性的互信息值，初步筛选机床各部件的温测点，消除测点间的耦合性；然后，根据筛选出的温测点，通过建立类直径矩阵和计算各类的最小误差函数，获得温度变量分类；最后，基于多元线性回归建立包含多个不同温测点的热误差模型，并对模型进行统计学综合分析，确定了最佳聚类数和最佳温测点。结果表明：在不同加工条件下采用改进有序聚类法建立的热误差模型的均方根误差和平均残差分别降至1.05 μm和1 μm以下，相较于采用传统有序聚类法和灰色关联度模糊聚类法建立的热误差模型，它具有更高的热误差预测精度和更好的鲁棒性。所提方法在中小型加工中心进给系统的温测点研究中具有广阔的应用前景。     

基于状态空间模型的机床加工精度分析

伺服进给系统的机电耦合特性直接影响数控机床的加工精度，单独针对伺服系统或机械系统建立的模型不足以准确分析系统参数对机床整机加工精度的影响。因此，综合考虑机床伺服系统与机械结构之间的耦合关系，建立伺服进给系统机电耦合动力学模型具有重要意义。首先，为保证伺服进给系统建模精度，利用状态空间法建立了机床机电耦合状态空间方程。其次，建立了伺服进给系统机电耦合Simulink模型，在此基础上采用复合控制提高系统的响应速度和加工精度。随后，利用多体动力学软件建立机床进给系统的刚柔耦合动力学模型，添加摩擦、阻尼等非线性因素，并导入Simulink与伺服系统建立耦合关系。最终，建立了卧式加工中心伺服进给系统的刚柔-机电耦合仿真加工平台，通过模拟机床加工轨迹以验证机电耦合状态空间模型的可靠性。结果表明：该状态空间模型能准确描述系统内部参数和系统输入输出的耦合关系；采用复合控制结构能有效提高系统的响应速度和加工精度。研究结果为数控机床的仿真建模和提高加工精度提供理论依据，为机床机电系统的设计提供有效指导。     

Development of the Control System of V-groove Ultra-precision Machining Machine Tool

The control system of micro V-groove machining CNC machine was developed with Qt application tool.This paper described the micro V-groove processing technology,the control system hardware platform composed of " IPC+PMAC",and the CNC software for V-groove machining.The various functional modules in the software were developed on the platform of windows,and the part of motion control of the CNC software was programmed by calling PMAC’s motion control functions.To achieve a visual effect of the numerical control interface and obtain the real situation of the processing on ahead,an important simulation module was also completed by using QOpen GL.The system can effectively control the running of the machine and translate the NC code into 3-D image before processing,which is very helpful for actual production.     

非球面模具超精密补偿加工技术

为了实现非球面模具的超精密数控加工,研究了加工轨迹算法原理及整个软件系统的结构与实现.提出了基于表面粗糙度均匀化的工件进给速度控制法,分析了工具磨损误差和工件形状误差,重点提出了误差补偿方法,同时也讨论了采用砂轮平行磨削法时避免加工干涉的方法.软件能生成高精度的加工与补偿加工数控程序文件.最后,在一台镜面磨床上实验加工直径为6 mm的碳化钨透镜模具,经过多次补偿加工后,获得了谷峰值为0.123μm,误差均方根为0.021μm的表面形状精度.     

一种基于机器视觉的平面加工机床控制系统的设计

针对服装、包装等加工行业中须将人工测量的纸质图纸或模型样件的尺寸信息录入计算机并转换成电子加工图纸而导致的加工周期长、生产效率低的问题,提出了一种基于机器视觉的平面加工机床控制系统,以实现对纸质图纸或模型样件的快速检测。采用“ARM+DSP”方式搭建了主从式运动控制系统,设计了系统各部分功能模块。构建了“工控机+工业CCD （charge coupled device,电荷耦合器件）相机+光源控制”的视觉检测系统,结合FAWS（feature adaptive wavelet shrinkage, 自适应特征的小波收缩）算法和麻雀搜索算法提出一种改进的FAWS算法进行图像降噪,并采用Canny算法进行图像边缘检测,实现图像轮廓的准确提取。设计了图像轮廓提取、轮廓数据转换为加工数据、数据通信等处理程序,实现了基于机器视觉的快速检测以及在系统加工过程中的人机交互。最后,对系统进行了实验测试,对实际加工效果进行了评价。结果表明,采用所研制的平面加工机床控制系统不仅能显著提高生产效率,而且能减小图像轮廓的误差。其性能稳定可靠,具有一定的工程实用价值。     

双轴联动进给系统多目标优化设计与研究

为提高机床的加工精度,降低零件加工误差,以双轴联动进给系统的轮廓误差和Z轴、X轴的跟踪误差为优化目标,开展双轴联动进给系统的多目标优化设计与研究。首先,在前期研究的基础上,设置优化初始条件,并利用Box-Behnken方法获得试验样本点;其次,基于所建立的双轴联动进给系统的机电耦合动力学模型开展样本点运动轨迹仿真分析,得到轮廓误差和单轴跟踪误差数据,并采用灵敏度分析法获得对设计目标影响程度较大的设计变量;然后,基于仿真得到的数据,利用含交叉项的二次多项式拟合方法构建设计目标对设计变量的响应面模型;最后,利用NSGA-II （non-dominated sorting genetic algorithm-II,非支配排序遗传算法II）对双轴联动进给系统进行优化,得到双轴联动进给系统的Pareto最优解集,按照目标优先顺序从该解集中寻得最优解。从仿真结果可知,双轴联动进给系统的轮廓误差和Z轴、X轴的跟踪误差均明显降低,降幅超过30%,优化效果明显。该方法可为多轴联动进给系统的优化提供参考。     

Improved time-optimal B-spline feedrate scheduling for NURBS tool paths in CNC machining

Feedrate scheduling in computer numerical control (CNC) machining is of great importance to fully develop the capabilities of machine tools while maintaining the motion stability of each actuator. Smooth and time-optimal feedrate scheduling plays a critical role in improving the machining efficiency and precision of complex surfaces considering the irregular curvature characteristics of tool paths and the limited drive capacities of machine tools. This study develops a general feedrate scheduling method for non-uniform rational B-splines (NURBS) tool paths in CNC machining aiming at minimizing the total machining time without sacrificing the smoothness of feed motion. The feedrate profile is represented by a B-spline curve to flexibly adapt to the frequent acceleration and deceleration requirements of machining along complex tool paths. The time-optimal B-spline feedrate is produced by continuously increasing the control points sequentially from zero positions in the bidirectional scanning and sampling processes. The required number of knots for the time-optimal B-spline feedrate can be determined using a progressive knot insertion method. To improve the computational efficiency, the B-spline feedrate profile is divided into a series of independent segments and the computation in each segment can be performed concurrently. The proposed feedrate scheduling method is capable of dealing with not only the geometry constraints but also high-order drive constraints for any complex tool path with little computational overhead. Simulations and machining experiments are conducted to verify the effectiveness and superiorities of the proposed method. The full text can be downloaded at https://link.springer.com/article/10.1007/s40436-022-00413-1     

Enhancement of accuracy of multi-axis machine tools through error measurement and compensation of errors using laser interferometry technique

The present era is witnessing advancement in digital electronics and microprocessor which enables manufacturing sector capable to produce complex components within small tolerance zone in the tune of nanometre and at one machining center. All motion control systems have some form of position feed back system fitted with the machine. Such systems are not generally accurate due to the errors in the positioning performance of the machine tool which will change over time to time due to wear, damage and environmental effects. The complex structure of multi-axis CNC machine tools produce an inaccuracy at the tool tip caused by kinematic parameter deviations resulting in manufacturing errors, assembly errors or quasi-static errors. Analysis of these errors using a laser measurement system provides the manufacturers a way to achieve better accuracy and hence higher quality output from these processes. In this communication, techniques to measure the linear positional errors of axes of CNC machine tools by a laser interferometer calibration system and accuracy enhancement using the data obtained from the calibration cycle by feeding into the machine’s controller with the help of linear error compensation package are discussed.     

大型数控车床进给伺服系统的建模与分析

针对某大型数控车床的横向进给伺服系统,建立了考虑摩擦和传动刚度的综合力学模型和数学模型。通过数值仿真分析了低速进给下静动摩擦力差值和传动刚度变化对工作台输出的影响,得出了工作台产生爬行运动的可能性条件。该型数控车床横向进给系统现场实验的结果验证了理论分析的合理性。所得结论为数控机床进给伺服系统的稳定性和加工精度的提高提供了研究基础。     

基于多功能加工平台的微细电解加工

电解加工在加工过程中因难以控制加工形状而很少应用在微细加工领域,为了对微细电解加工可行性进行探索,设计了多功能微细加工平台,利用多功能微细加工平台可为微细电解加工在线制作电极,采用低加工电压、低浓度的钝化电解液、高频窄脉冲电源和高速旋转的微细电极,进行了微细电解加工实验,取得了很好的工艺效果,加工间隙是影响加工精度的关键因素,设计了一个加工间隙控制伺服系统,以保证微小的加工间隙,在厚为100μm的不锈钢薄片上用微细电解打孔加工出直径为65μm的微小孔,利用微细电解加工时电极无损耗,提出采用简单圆柱微细电极进行微细电解铣削,加工出较高精度的微结构,取得了较好的工艺效果,从而验证了该微细电解加工装置的微细加工能力和方法的可行性。