五轴机床旋转轴几何误差分析与补偿

五轴机床旋转轴之间装配所导致的位置无关几何误差（PIGEs—Position independent geometric error）是决定机床精度的关键因素,如何量化PIGEs对位姿精度的影响程度以及误差项之间的耦合作用强弱,从而合理地确定补偿值的权重系数是目前机床误差补偿技术所关注的热点问题。为降低五轴机床装配导致的PIGEs对机床精度的影响,首先,基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了混合式五轴机床几何误差综合模型,表征了空间误差向量与几何误差项之间的映射关系。其次,考虑几何误差的分布特性,引入Morris全局灵敏度分析方法量化几何误差的作用效果及误差参数间的耦合强弱,通过灰色关联度分析表征误差的敏感性系数与位置向量、姿态向量间的关联程度,基于分析结果确定位置无关几何误差补偿值的权重系数。最后,以摆头-转台为特征的混合式五轴机床为例,进行基于球杆仪(DBB-Double ball bar)的几何误差测量辨识实验,利用辨识值进行虚拟圆锥台轨迹测量、误差补偿和复杂曲面零件加工实验。结果显示：十项几何误差对姿态误差的直接作用效果最为明显,利用基于敏感性分析的修正补偿值进行误差补偿后,虚拟圆锥台测量轨迹的半径偏差减小了65.1%,圆度误差降低了58.8%。基于误差分析实施误差补偿后,“S”型工件的轮廓精度平均提升了49.9%,误差补偿结果验证了误差分析结果的准确性和有效性。     

多体系统理论的数控滚齿机综合空间误差建模

为提高数控滚齿机床的加工精度,结合自行设计的数控滚齿机床,利用近年来研究数控机床误差建模的新方法—多体系统理论对六轴滚齿机床进行几何误差分析,建立综合空间误差模型,得到综合空间误差变化规律。为利用数控误差补偿方法提高滚齿加工精度提供理论支持。     

嵌入式数控机床热误差补偿装置设计与实现

为减少热误差对数控机床加工精度的影响,针对华中数控HNC-848型数控系统机床设计了一种嵌入式热误差补偿装置。该装置采用基于STM32+FPGA的嵌入式系统设计方法,实现机床温度数据获取、热误差建模、热误差补偿执行等功能。利用采集的前2 160组优化后机床测温点数据在STM32处理器内进行多元线性回归热误差建模,后2 160组优化后数据进行热误差预测。测试结果表明该装置热误差预测效果良好。通过在机床数控系统编写补偿子程序,利用该热误差补偿装置,实现了热误差实时补偿功能。     

机床空间位置误差平面光栅测量补偿及实验验证

针对三坐标立式加工中心的21项几何误差,作者提出了利用平面正交光栅检测机床空间位置误差的方法,并建立了机床空间位置误差与几何误差的关系模型;其次,提出了人工神经网络机床空间位置误差离线补偿的数学模型;最后,通过机床误差测量实验和对实验数据的可视化处理,验证了该方法在机床误差补偿应用中的可行性,为机床位置误差的补偿提供了新思路.     

三坐标测量机几何误差的建模及测量

误差补偿是提高三坐标测量机整体精度的高效且经济的手段,为通过该途径实现三坐标测量机精度的提升,进行了其前行基础步骤的研究——误差源分析、误差建模及误差测量。由此,找出了对三坐标测量机精度影响重大的21项几何误差;根据误差特性,建立了对应的误差矩阵,同时介绍了测量方法和测量原理,并用实验证实了该方法的可行性,为后续的误差补偿方法来提升三坐标测量机精度奠定了基础。     

数控非球面超光滑加工机床空间误差建模

为了快速有效地提高超光滑加工机床的加工精度,为实施误差补偿做好基础和准备工作,进行了超光滑加工机床误差建模技术的研究.根据数控超光滑加工机床的具体结构,运用多体系统运动学理论的基本原理,建立了机床成形系统的拓扑结构和低序体阵列,并推导出机床相邻体的特征矩阵,它是进行机床精度分析与建模的核心.基于多体系统运动学精度分析理论,详细研究了数控超光滑加工机床的理想成形运动函数、理想成形运动约束、实际成形运动函数以及实际成形运动约束,进而得到了刀具成形点的综合空间位置误差,最终完成了超光滑加工机床的综合空间误差建模过程,给出了具体模型表达式.     

基于样件测试法的五轴机床误差辨识方法

为了提高五轴机床误差模型的预测能力,提出一种基于样件测试法的五轴机床误差间接测量方法,并完成了阶梯轴样件的优化设计.通过对机床空间误差模型进行反求,建立样件加工误差与机床不同误差项之间的函数解析关系,进而得到了机床不同加工状态的动态误差.通过试验验证了该方法的可靠性.结果表明:该方法与激光测量结果吻合较好,可以提高五轴...     

机床空间误差完备建模方法与NC代码优化补偿技术

空间误差是机床几何误差元素综合作用的结果,但现阶段空间误差模型大多存在缺失若干几何误差元素的问题,直接影响着机床空间误差的预测精度。为此,提出一种机床空间误差完备建模方法,以多体系统理论及齐次坐标变换为分析研究手段,在充分考虑体间坐标系初始位置关系及原始误差特征矩阵的基础上,确保模型包含机床全部几何误差元素。进而,针对传统基于NC代码的空间误差补偿技术中存在残差的局限性,提出将NC代码坐标的逆向叠加过程转化为最优化设计问题,并借助遗传算法对该问题进行求解计算,达到消除空间误差补偿残差的目的。最终,以某型卧式加工中心为研究对象进行计算分析与实验验证,结果表明：依据所提方法构建的空间误差完备模型包含加工中心全部21项几何误差元素,空间误差预测结果较精确;所提NC代码优化补偿技术使加工中心空间定位精度得到进一步提升,补偿后定位精度增幅最高达90.92%。研究成果可为数字制造装备精度问题探索提供较重要的理论与工程技术支撑。     

基于灰色系统的机床热误差建模研究

针对机床加工过程中的热变形误差受多因素影响,变化趋势复杂,难以用常规预测方法进行有效预测的问题,该文提出了一种新的基于改进灰色系统的智能预测模型。该模型利用函数变换法改善灰色系统数据序列的光滑度,采用等维新陈代谢法克服了传统的灰色预测模型的不足,所建模型具备了输入数据动态更新的能力,预测更趋于合理。将该模型应用于工厂现场的一台数控车削加工中心进行热误差趋势的预测,从而实现热误差的补偿研究。研究表明,该模型的预测性能优于全数据GM(1,1)模型和新信息GM(1,1)模型,是运用灰色系统理论进行机床热误差补偿建模最理想的模型,具有优异的补偿功能,能够有效的提高机床加工精度。     

三轴数控机床几何误差参数辨识与补偿

采用九线法对三轴数控机床误差参数进行辨识,介绍了激光干涉仪的测量原理,利用Renisaw ML10激光干涉仪对机床几何误差进行测量,结合具体机床,准确建立了误差补偿的数学模型,利用补偿软件实现了误差补偿,显著地提高了数控机床的加工精度．     

大型龙门机床的直线度误差建模及误差补偿

为减小大型龙门数控机床空间直线度误差,提高国产数控机床加工精度,提出基于B样条曲线的空间直线度误差模型及其补偿方法。使用激光干涉仪分别检测三轴龙门数控机床6个方向的直线度误差,应用B样条方法建立空间直线度误差数学模型.利用数控系统外部机械原点偏移功能,应用自主研发的误差实时补偿系统并依据基于B样条曲线的空间直线度误差数学模型,实现对大型龙门数控机床的空间直线度误差补偿.采用两轴联动补偿切削导轨面的方法进行试验,并与多项式模型和斜线插补模型进行对比,结果表明:B样条模型补偿后的导轨直线度最优,检测的导轨各方向直线度误差均减小90%以上,显著提高了大型龙门数控机床加工精度.     

五轴数控机床几何误差分析与建模

首先对五轴数控机床几何误差进行分析和描述并画出五轴数控机床拓扑结构图,采用特征变换原理把各运动体间的相互关系用变换矩阵来表示,将各实体间复杂的运动关系抽象为数学矩阵间的关系,得出实际相邻体间4×4阶齐次特征变换矩阵及其与特征之间的相互对应关系,得出五轴数控机床的误差模型表达式.     

数控凸轮轴磨床运动误差分析与建模技术

为了对某数控凸轮轴磨床的运动误差进行分析和建模,分析研究了各运动部件间运动形式和误差类型,运用相邻体坐标系间的运动变化来表达2相邻体之间的运动情况,建立了相邻体之间的理想运动方程和有误差情况下的实际运动方程.将相邻体间的实际运动方程进一步推广到任意低序体阵列分析当中,为研究多分支数控凸轮轴磨床误差建模提供理论基础.将复杂的多分支链数控凸轮轴磨床抽象为简单的多体系统,对各运动部件建立相应的体坐标系和运动参考坐标系,求出相邻体间对应的变换矩阵.最后,将机床运动部件划分为"工件-床身"和"砂轮-床身"2条运动链,提出了有误差影响情况下实现精密加工约束条件方程为P_w=P_t,且对该方程进行了求解,为数控凸轮轴磨床误差补偿的研究提供了必要条件.结果表明:误差补偿后的机床加工精度显著提高.     

Sinumerik840D的误差补偿技术

利用数控系统的误差补偿技术可以在成本投入不大的情况下提高机床的加工精度。西门子Sinumerik840D数控系统提供了多种误差补偿功能,用来弥补因机床的机械部件制造、装配工艺和环境变化等因素引起的误差。通过说明多种误差产生的原因,阐述Sinuraerik840D数控系统中反向间隙、螺距误差和垂度误差的补偿原理和补偿方法,这对推广误差补偿技术、进一步提高机床的加工精度有一定的借鉴作用。     

基于多体理论的双摆头五轴数控机床RTCP误差研究

为了提高五轴数控机床的加工精度,对双摆头五轴数控机床RTCP(rotation tool center point)模块的误差进行了分析.以多体系统运动学理论为基础,结合刚体六自由度假设理论,建立了误差分析模型.对旋转运动引起的RTCP刀具中心点误差和刀具矢量误差进行了深入分析,推导出了刀具中心点误差和刀具矢量误差公式,并利用实验室开发的刀具轨迹仿真软件,对理想轨迹和实际轨迹进行了对比分析,验证了理论和方法的正确性.     

基于多体系统理论的数控机床加工精度预测系统

研究了基于多体系统理论的数控机床加工工件表面建模和加工精度预测建模的机理,基于虚拟加工技术,开发出了数控机床加工精度软件预测系统.最后,为了验证开发的精度预测系统的有效性,在对包括几何误差、热变形误差和力变形误差在内的机床综合误差进行检测和辨识的基础上,进行了加工精度预测仿真.     

减小CNC机床定位误差方法的研究

提出了基于“华工2000型”数控系统CNC机床的定位误差的一软件补偿方法，该方法克服了等间距定位误差补偿的缺点，使定位误差补偿的位置可随机设定，建立了数控机床定位误差软件补偿的数学模型。在ZJK7532加工中心上进行的补偿实验表明，采用本补偿方法能使机床的定位误差减小70％以上。