VTM100型五轴加工中心空间误差检测及补偿研究

基于VTM100型五轴车铣复合加工中心的结构及其运动链构型特点,设计了误差检测方案,同时提出了加工中心空间误差补偿策略以及几何误差和热误差综合补偿模型。利用对角空间误差检测数实施了空间误差补偿,补偿后误差降低的幅度为11.87~50.8μm,精度提高了31.58%~81.77%。     

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.     

基于灵敏度分析的立式加工中心批量空间误差建模和补偿

空间误差建模和补偿已成为提高机床精度和性能的最经济方法之一。然而,空间误差元素测量耗时多等原因限制了空间误差补偿的广泛应用。为解决这一问题,提出了一种基于灵敏度分析的空间误差快速建模和补偿方法。首先,基于齐次坐标变换,建立了立式加工中心的广义运动学模型。其次,根据立式加工中心的所有误差元素的灵敏度分析,确定关键误差元素。根据灵敏度分析结果,在误差补偿过程中忽略了影响因子较低的角度误差元素。然后,基于关键误差元素的测量数据和切比雪夫多项式,建立了简化的空间误差快速补偿模型。接着,利用Fanuc数控系统的EMZPS功能开发了实时误差补偿系统,实现了空间误差的补偿。为了评估所提方法的有效性,对每个平动轴和每条体对角线误差补偿前后的测量试验结果进行比较。结果表明,沿三个轴的最大平移误差从21.9μm到6.5μm,最大体对角线误差从81.6μm减小到35.5μm。最后,将该方法应用于一批20个立式加工中心,进行批量补偿试验。所有加工中心补偿后的精度均优于40μm。本研究的创新之处在于将灵敏度分析作为简化机床误差模型的理论依据,并提出了出一种快速批量化建模和补偿的方法。该方法能有效提高误差补偿效率...     

基于LS-SVM和神经网络的五轴加工中心误差补偿策略

通过多普勒干涉仪对五轴加工中心进行空间传动误差监测并提出了误差检测方案,提出基于LS-SVM及神经网络算法的空间误差和热误差综合补偿模型设计方案,并进行了空间误差检测和补偿,补偿后误差的幅度降低为-10μm~32μm。     

五轴加工中心空间误差分析及补偿研究

加工中心精度是影响产品加工精度的最重要因素,误差补偿技术是提高加工中心精度的重要方式。通过分析五轴加工中心的空间误差及建模结果,以TTTRR五轴加工中心为例,建立了综合空间误差模型,为误差补偿打下理论基础;通过研究多种误差补偿技术,提出了一种可以基于建模结果的平动轴几何误差测量新方法,结合旋转轴几何误差的测量结果,最后通过在某台五轴加工中心上进行测量和补偿实验,验证了建模结果的正确性和新位移测量法的有效性。     

基于ANSYS的主轴热变形建模与分析

以CX8075立式车铣复合加工中心主轴为研究对象,确立了热边界条件,计算了主轴的发热量,建立了主轴的三维数字化模型,利用有限元法研究了稳态温度场分布,得出了主轴的热变形,分析了主轴的热变形原因,奠定了主轴热变形加工误差补偿的理论基础.     

基于车铣复合加工中心的误差检测与修正措施分析

为了提高车铣复合加工中心的加工精度,对机床刀具与被加工件相对空间位置误差进行检测,建立加工中心空间误差分析模型,制定空间误差检测措施,并以检测措施为基础进行误差修正研究,得出修改数控编程代码中的G值能够有效提高工件加工精度。     

综合误差检测和补偿策略在车铣复合加工中心的应用

在进行车铣复合加工过程中,受到内部构造和性能的影响,导致出现综合误差,需要操作人员进行严格的检测,采取相应的补偿策略,保证机床能够顺利运行,创造出更多的高质量零件,因此,本文首先分析车铣复合加工的优势,接着分析了综合误差检测和补偿策略在车铣复合加工中心的应用。     

多变量电主轴热误差预测模型与补偿实验研究

为解决加工中心电主轴的热误差补偿问题,建立适用性更强的电主轴热误差预测模型,实验测试了不同转速下加工中心电主轴的温升和热伸长,建立了基于指数函数的电机温升、主轴转速及时间的三变量轴向热误差预测模型。随后取两种转速进行实验,对补偿效果进行了验证;并与主轴转速、时间双变量热误差预测模型进行了对比。结果表明,三变量模型补偿效果优于双变量模型,为加工中心电主轴热误差补偿并实用化提供了新的思路。     

基于神经网络的主轴热误差补偿技术研究

以MAKINO立式加工中心为对象,提出一种主轴热误差补偿的神经网络建模方法。该方法以测量点温度为模型输入,以5点法测量的主轴热误差为输出,经RBF神经网络模型学习和训练。结果表明此建模方法有较强的预测能力和较为理想的精度,可以满足加工中心热误差实时补偿的应用要求。     

多站大尺寸测量仪坐标系转换的Procrustes方法

提出了用7参数Procrustes方法建立了具有尺度因子的7参数坐标转换模型对多站大尺寸坐标测量仪坐标数据进行转换。首先,根据大尺寸测量仪坐标转换的原理,建立了7参数大尺寸坐标转换的非线性模型,并具体分析了Procrustes方法及其对坐标转换的适用性和重心法的转换过程。然后,列出了7参数Procrustes坐标转换方法的具体算法步骤;最后,利用该方法对一台Faro激光跟踪仪在移站前后的实际测量数据进行了坐标转换验证。对所得结果与激光跟踪仪配套软件移站的结果以及重心法的测量结果进行了比较,还利用所得的转换参数对一已知长度的基准尺两端坐标值进行转换验证。结果表明：利用7参数Procrustes方法得到坐标转换后x、y、z三个轴的最大误差分别为24.5 μm、42.5 μm和32.8 μm,转换结果的中误差为17.1 μm,远远高于配套软件以及重心法的转换精度。另外,用转换后的坐标值计算基准尺长度的极差为36 μm。该坐标转换方法也可用于不同种类的坐标测量仪的数据匹配。     

XH718加工中心的热误差补偿研究

在分析某XH718加工中心主轴及主轴箱结构和热源的基础上,在主轴箱上初步选择多个测温点,根据测温点温度和主轴热误差的数据,应用模糊聚类分析和相关性分析对测温点进行了优化,确定最小数量的关键测温点。然后应用多元线性回归理论建立了关键测温点的温升和热误差的数学模型。数学模型在加工中心上补偿后的数据表明,可以在很大程度上改进加工中心的精度,达到了客户需要的精度要求。     

精密数控车床主轴热误差建模

开展了精密数控车床主轴系统热误差补偿的实验与建模方法的研究。建立了精密数控车床主轴系统轴向与径向偏转热误差补偿模型以增强其误差补偿能力,并提高机床加工精度。构建了主轴系统热误差测试平台,应用五点法测试主轴系统热误差,使用热电偶与红外热像仪测量主轴系统温升关键点温度变化数据,应用灰色综合关联分析法实现温度敏感测点辨识。构建了基于粒子滤波重采样粒子群算法的热误差预测模型,对模型预测效果进行评价。结果表明:基于粒子滤波重采样粒子群热误差补偿模型得到的轴向热误差预测残差为-1.29μm~1.55μm,建模精度为95.04%;y向热偏转误差预测残差为-4.68×10~(-6°)~9.66×10~(-6°),建模精度为91.26%;z向热偏转误差预测残差为-5.83×10~(-6°)~8.59×10~(-6°),建模精度为93.24%。实验结果证明该热误差补偿模型具有较高的预测精度,具有较强的工程应用价值。     

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。     

数控机床工作台误差综合补偿方法研究

针对由几何误差与热误差引起的数控机床工作台与主轴之间相对位置变动的问题,通过试验分析其在不同温度状态下的误差数据,得到机床工作台平面度误差随热变形保持不变的规律,并提出了一种数控机床工作台平面度误差与主轴热误差的综合补偿方法。该方法通过分别建立工作台平面度误差模型和热误差模型,并运用叠加原理建立综合误差补偿模型,对传统固定单位置点建模补偿方法的原理性缺陷进行了改进。结合机床关键部件的实时温度值和刀具位置的实时坐标值,计算出了全工作台各区域各温度阶段的误差补偿值,进而实现了全工作台主轴轴向综合误差的实时补偿。检验及分析结果表明,相比于传统固定单位置点热误差建模补偿方法,该方法所建模型残余标准差减小约7μm,精度提高比例达到50%;单次最大补偿残差减小约11μm,精度提高比例达到60%,大幅度提高了机床的加工精度。     

基于多体理论模型的加工中心热误差补偿技术

基于多体系统理论,建立了数控加工中心热误差模型,并提出其误差补偿方法,以三坐标MAKINO加工中心为例,建立了具体模型并进行参数辨识,优选了4个测温点,实时测量其温度,作为误差参数辨识模型的输入值,实现了软件实时补偿,在该加工中心上分别沿3个坐标方向加工一系列表面并比较加入热误差补偿的结果,测量结果表明补偿效果显著,实践说明本文所建热误差模型的有效性和补偿方法的可行性.     

基于螺旋理论的卧式加工中心空间误差建模方法及其量化验证

针对现阶段机床空间误差建模过程中存在的繁琐性与非统一性问题,以及现有模型验证策略难以实现量化评价的局限性,以某卧式加工中心为研究对象,提出一套较完善的空间误差建模方法及其验证技术体系。以螺旋理论与串联机构运动学为理论基础,结合机床运动链拓扑分析,推导建立加工中心运动学模型。所提运动学建模方法可以有效避免传统方法中矩阵变换时潜在的奇异性问题,并且有利于简化机构运动学分析。通过系统讨论在不同参考系下定义运动误差对运动学模型的影响,提出名义运动矩阵与运动误差矩阵乘积关系的确定方法及原则,进而在此基础上构建卧式加工中心空间误差模型。为量化验证所建空间误差模型的准确性,提出基于空间矢量欧氏范数的量化验证策略与实施技术。数据对比显示,空间矢量欧氏范数偏差的预测值与实测值较吻合,最大相对误差为15.79%,表明所提空间误差建模方法可行且准确性较高,所提模型量化验证策略具有较好的直观性与有效性。     

Thermal Error Measurement and Real Time Compensation System for the CNC Machine Tools Incorporating the Spindle Thermal Error and the Feed Axis Thermal Error

Thermally induced errors have been significant factors affecting machine tool accuracy. In this paper, the thermal spindle error and thermal feed axis error have been considered, and a measurement/compensation system for thermal error is introduced. Several modelling techniques for thermal errors are also implemented for the thermal error prediction; i.e. multiple linear regression, neural network, and the system identification methods, etc. The performances of the thermal error modelling techniques are evaluated and compared, showing that the system identification method is the optimum model having the least deviation. The thermal error model for the feed axis is composed of geometric terms and thermal terms. The volumetric errors are calculated, combining the spindle thermal error and feed axis thermal error. In order to compensate for the thermal error in real-time, the coordinates of the CNC controller are modified in the PMC program. After real-time compensation, the machine tool accuracy improved about 4–5 times. ID="A1" Correspondence and offprint requests to: Dr H. J. Pahk, School of Mechanical and Aerospace Engineering, Seoul National University, San 56–1, Shinlim-Dong, Kwanak-Ku, Seoul 151–742, Korea. E-mail: hjpahk@plaza.snu.ac.kr     

Thermally induced volumetric error modeling based on thermal drift and its compensation in Z-axis

Traditional thermally induced volumetric error modeling requires 21 geometric error components at different temperatures. Taking thermal drift errors into account, 30 geometric errors are described to model volumetric error in this paper. The main sources of thermally induced volumetric error are positioning errors of each axis and thermal drift errors. An experiment on milling and boring machine is carried out, which shows that volumetric error in Z-axis is affected significantly. To compensate volumetric error of Z-axis, a model of positioning error is proposed based on nut temperature. A finite elements analysis of headstock thermal characteristic is carried out, and error chain is established, which shows the main source of thermal drift of Z-axis is ram expansion. Thermal drift compensation system of Z-axis is developed based on Invar metal and thermal error compensation module of Siemens CNC system. Therefore, the positioning error and thermal drift of Z-axis are compensated. The thermally induced volumetric error in Z-axis is reduced by 80 % after compensation.     

立式加工中心空间几何误差辨识解析及定位误差补偿研究

为大幅提升立式加工中心加工精度,满足当代数控机床对高精度的需求,针对立式加工中心3个运动轴,深入分析了其轴向运动空间几何误差,提出了可有效辨识运动轴轴向运动空间6项几何误差的辨识方法.建立了空间6项几何误差辨识模型,并针对关联轴联动垂直度误差进行了有效分析,建立了垂直度误差辨识解析模型.同时,针对3个独立运动轴轴向定位...