基于几何误差灵敏度的卧式数控镗床运动精度分析

提出了一种基于几何误差灵敏度的卧式数控镗床运动精度分析方法。针对典型卧式镗床进行几何误差溯源分析,确定影响机床X,Y,Z轴运动精度的21项几何误差,基于多体系统运动学理论,考虑机床各典型体间误差耦合作用机制,建立机床的空间误差模型。借助激光干涉仪对某大型卧式数控镗床进行几何误差检测试验,将检测结果输入九线法几何误差辨识模型,分离该机床的21项几何误差,并对各几何误差进行多项式拟合,据此分析该机床的空间误差场的分布特征,并针对各几何误差项进行灵敏度分析。结果表明:X,Y轴关键误差因素为位移误差,Z轴关键误差因素为直线度误差。通过对各关键因素进行精度补偿,实现该机床空间误差场分布的优化分析。对比分析表明,补偿后的空间误差场在各线性轴分布趋于均匀,最大误差从0.056 4 mm减小为0.027 8 mm,机床的空间运动精度得到明显提高。该分析方法可为此类型机床运动精度分析及空间误差补偿提供理论依据。     

螺旋锥齿轮数控磨齿机机床空间误差与机床调整参数的关系

为求得对各项机床调整参数影响较大的机床空间误差,分析螺旋锥齿轮加工过程中数控机床空间误差物理涵义,并建立七轴五联动数控磨齿机床空间误差模型.基于齐次变换矩阵方法建立机床空间误差与机床调整参数之间的几何等量关系,推导出两者间的关联函数并进行分析.通过实例分析,发现对机床刀位调整值影响较大的机床空间误差主要是三直线轴垂直度误差和x轴沿Z向垂直度误差;对机床轮位调整值影响较明显的机床空间误差为z轴、B轴沿x向直线度误差以及A轴的安装距误差.为机床调整参数优化及螺旋锥齿轮几何误差补偿提供了理论依据.     

双转台五轴机床空间误差补偿技术研究

几何误差、热误差和切削力误差占到了机床总误差的75%,对这3项误差进行控制是提高机床加工精度的关键所在。以双转台五轴机床的空间误差作为研究对象,通过对加工位置、主要热源及电动机电流等相关因素进行分析,确定空间误差建模所需的位移变量、温度变量和切削力变量。以现有的多种误差建模方法为基础,通过对信息融合技术进行研究,提出一种机床空间误差的多模型融合预测方法,建立综合反映几何误差、热误差和切削力误差的最优空间误差模型。最后以DSP为核心,设计空间误差补偿器,实施空间误差补偿,验证补偿效果。结果显示,建立的模型预测精度较高,残差小于2μm,而实施空间误差补偿后,加工零件的轮廓误差也由15μm降到了5μm,补偿效果明显。     

基于敏感度分析的机床关键性几何误差源识别方法

零部件几何误差耦合而成的机床空间误差是影响其加工精度的主要原因,如何确定各零部件几何误差对加工精度的影响程度从而经济合理地分配机床零部件的几何精度是目前机床设计所面临的一个难题。基于多体系统理论,在敏感度分析的基础上提出一种识别关键性几何误差源参数的新方法。以一台四轴精密卧式加工中心为例,基于多体系统理论构建加工中心的精度模型,并利用矩阵微分法建立四轴数控机床误差敏感度分析的数学模型,通过计算与分析误差敏感度系数,最终识别出影响机床加工精度的关键性几何误差。计算和试验分析表明,该方法可以有效地识别出对机床综合空间误差影响较大的主要零部件几何误差因素,从而为合理经济地提高机床的精度提供重要的理论依据。     

三轴立式加工中心几何误差对空间定位精度的敏感度分析

精密制造是机床发展的重要目标,精度设计和误差补偿是实现机床精密化的重要方法。基于多体系统理论,利用齐次坐标变换建立三轴立式加工中心空间误差模型;基于空间误差模型,利用矩阵微分法建立误差敏感度数学模型,并通过归一化处理,计算出几何误差敏感度系数,找出关键几何误差项;基于关键几何误差项,通过精度设计提高三轴立式加工中心的空间定位精度。以三轴立式加工中心的工作台中间点为例进行敏感度计算,识别出该点处的关键几何误差,并提出方法提高三轴立式加工中心的空间定位精度。     

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。     

五轴数控机床空间误差测量、建模与补偿技术研究

正五轴机床相比于三轴机床,它能加工各种复杂表面,具有更高的生产效率、更好的灵活性和更少的装夹时间。然而,两个旋转轴引入了更多的几何误差,譬如旋转轴轴线的位置误差和平行度误差等,导致了五轴机床有较大的空间误差。本研究旨在首先测量和辨识五轴机床平动轴和旋转轴的所有41项几何误差元素,然后对机床的空间误差建立数学模型,最后对机床的空间误差进行补偿,从而提高机床的整体精度。     

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。     

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。     

龙门铣床关键几何误差辨识及补偿

为了提高某龙门铣床y、z向的加工精度,研究了该机床y、z轴关键几何误差的建模、辨识及补偿方法。建立了y、z轴几何误差和加工误差之间的误差模型,得到了影响龙门铣床y、z向加工精度的5项关键几何误差;通过测量龙门铣床y、z轴平面内4条直线的定位误差,辨识出5项关键几何误差;基于龙门铣床的数控系统和建立的误差模型,通过修改加工代码的方法对几何误差进行了补偿。结果表明:龙门铣床关键点的y、z向加工误差分别减小了66.81%和47.17%,几何误差补偿后龙门铣床的加工精度明显提高。     

CKW1480S数控车铣复合加工中心综合空间误差分析

根据车铣复合加工中心误差特性,运用多体系统运动学理论和齐次变换矩阵,建立了车铣复合加工中心空间综合误差模型.利用激光干涉仪测量机床空间误差参数并进行辨识.采用了数控指令的软件误差补偿方法对机床进行误差补偿.     

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。     

龙门式多轴联动机床的几何误差建模

设计一台集加工、检测于一体的小型龙门式多轴联动加工系统,以实现小型或微小型零件的铣、钻、磨削加工。机床除了从结构上提高精度外,也采取了误差补偿的措施,通过对机床进行几何误差建模,得到几何误差模型,以便进行补偿,提高精度。     

机床的几何精度和测量(上)

从机床的精度与误差、精度标准、几何误差分析等方面论述了机床误差形成的机理,讨论了机床静态几何精度、误差模型的建立以及误差的测量和补偿方法,提出了机床静态精度设计的基本原则,并对激光干涉、激光跟踪、球杆仪等新型测量方法和手段在多轴空间误差测量、回转轴误差测量等方面的应用进行了介绍.     

基于三轴测量机拓扑结构的单项几何误差模型

基于刚体模型和小角度假设,传统的几何误差模型采用传递矩阵建立几何误差与测量机空间误差的关系。但通过传递矩阵建立的几何误差模型难以清晰揭示各单项几何误差对空间误差的影响关系。为了更清楚地表达单项几何误差对空间误差的影响关系,基于三轴测量机拓扑结构建立了各单项几何误差模型,分析了测量机各项阿贝误差产生机制。利用所建立的单项几何误差模型分析各单项几何误差的影响权重,对自研测量机高权重几何误差进行辨识与补偿,结果表明,补偿后测量机测量直径150 mm平面与直径60 mm凹球面的PV值分别达到344.32 nm和161.74 nm,面形误差与波面干涉仪测量结果基本一致。单项几何误差模型有助于了解阿贝误差的产生机理;提出的几何误差权重计算方法有助于实现对测量机敏感误差的精确控制,指导高精度测量机结构设计与测量精度的提升。     

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。     

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。     

基于螺旋理论的蜗杆砂轮磨齿机空间误差建模及解耦补偿

为提点高六轴数控蜗杆砂轮磨齿机的加工精度,提出了基于螺旋理论的空间误差建模及解耦补偿方法。首先,用旋量对机床移动运动副与转动运动副进行了描述,在此基础上进行了六轴蜗杆砂轮磨齿机运动学建模及考虑41项几何误差的空间误差建模;基于Paden-Kahan子问题,对空间误差模型进行逆解,求解了各轴的补偿运动量。     

基于克里金插值的机床空间误差测量与补偿方法研究

提出了一种基于克里金插值的机床空间误差测量与补偿方法。机床加工精度一般受切削力、热变形和空间误差的影响,为采集机床空间误差样本,提出了一种基于克里金插值的测量方法,利用激光跟踪仪测量给定点的空间误差,通过克里金插值计算给定点之间的空间误差,并进行了机床空间误差测量实验。结果表明,克里金插值的计算精度明显高于线性插值,有效提高了空间误差测量精度。为实施空间误差补偿,通过对机床误差模型进行分步解耦,开发了空间误差补偿器,并进行了机床空间误差补偿实验。结果表明,机床主轴在X轴方向的变形量为025μm,实施空间误差补偿后,某工件平面加工后的最大轮廓误差由15μm减小到了5μm。该补偿方法为提高数控机床的加工精度提供了一种有效途径。     

数控机床误差补偿技术及应用——几何误差补偿技术

利用多体系统运动学理论,通过分析低序体阵列、变换矩阵和运动方程,在相邻体之间引入位置误差和位移误差,建立了机床空间定位误差通用计算模型。基于激光测量提出机床的２１项几何误差参数辨识模型。在ＸＨ７１５加工中心上,对机床的空间几何误差进行理论计算,并进行补偿前后的对比实验,结果表明机床空间定位误差减小５０％以上,同时也表明利用误差补偿技术提高机床加工精度是有效的。