基于综合评价体系的五轴数控机床加工性能评价和误差溯源方法

五轴数控机床的加工性能在制造行业一直是研究的热点,基于检验试件切削是常见的测评方法,然而试件和机床之间的映射关系难以确定,出现误差后如何调整精度成为难点。为了科学对其评价,通过仿真平台建立了机床控制系统参数与五轴机床检验试件——S试件加工误差之间的映射关系,引入机床各轴分类评价的隶属度,此基础上开发了误差溯源的综合评价体系,由三坐标测量机得到的S件轮廓误差数据反求出机床的加工性能等级和较差的轴类控制参数,并制订了基于S试件的机床加工精度测评规范,最后通过某五轴AB摆数控机床的切削试验,验证了方法的有效性。该成果有助于解决我国高端制造业长期缺乏机床性能测评的共性技术问题,具有重要的应用前景和经济价值。     

TS640测头在五轴数控机床摆动主轴标定中的应用

摆动主轴作为五轴加工领域的关键零部件,其摆动精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。文中阐述了TS640测头的工作原理及在建立摆动误差模型时的应用,对摆动误差进行测量,并建立了误差补偿的数学模型。为数控机床的误差补偿提供理论依据,提高了五轴数控加工中心的加工精度。     

数控机床空间误差检测与补偿技术研究

研究了数控机床的空间误差检测原理,分析了激光矢量测量法的检测原理与误差模型。采用激光多普勒位移测量仪和激光矢量测量法对数控螺旋锥齿轮机床的空间误差进行了检测与补偿,并根据标准ISO 230-6评估了该数控机床的空间性能,实验结果表明,文中所研究的数控机床空间误差检测与补偿技术是切实可行的,能够在一定程度上较大地提高数控机床的空间运动精度,为进一步提高数控机床的加工精度奠定了基础。     

A Cutter Orientation Modification Method for the Reduction of Non-linearity Errors in Five-Axis CNC Machining

In the machining of sculptured surfaces, five-axis CNC machine tools provide more flexibility to realize the cutter position as its axis orientation spatially changes. Conventional five-axis machining uses straight line segments to connect consecutive machining data points, and uses linear interpolation to generate command signals for positions between end points. Due to five-axis simultaneous and coupled rotary and linear movements, the actual machining motion trajectory is a non-linear path. The non-linear curve segments deviate from the linearly interpolated straight line segments, resulting in a non-linearity machining error in each machining step. These non-linearity errors, in addition to the linearity error, commonly create obstacles to the assurance of high machining precision. In this paper, a novel methodology for solving the non-linearity errors problem in five-axis CNC machining is presented. The proposed method is based on the machine type-specific kinematics and the machining motion trajectory. Non-linearity errors are reduced by modifying the cutter orientations without inserting additional machining data points. An off-line processing of a set of tool path data for machining a sculptured surface illustrates that the proposed method increases machining precision.     

[可靠性建模及试验技术]基于元动作模块的多轴数控机床精度分析

为充分发挥多轴数控机床大数据的价值,降低运动精度的预测难度,提出了基于元动作模块的精度分析方法。采用多体模型描述机床运动系统的结构和运动关系,利用旋量理论和微分方法推导了用于运动精度评价的坐标误差模型;规划了多轴数控机床大数据驱动的精度分析的结构框架,并重点论述了以元动作模块为基本组成单元的分布式元动作数据库的构建方法,该方法充分发挥历史大数据和实时动态数据的价值,保证了机床运动系统的仿真和精度预测的稳定性与准确性。通过对五轴联动加工中心的刀具运动系统的实例分析,验证了精度分析方法的简便性和适用性。     

数控机床加工精度的影响因素及优化策略

先进的数控机床被应用在制造业中,不仅能够提高制造效率,还能保证制造质量。虽然从整体发展情况来看,数控机床得到了良好的应用,但是在具体的应用过程中仍然存在一些问题。数控机床的作用能否充分发挥出来在很大程度上受加工精度的影响,目前部分被应用在制造业中的数控机床存在较为严重的加工精度问题,如果不对现存问题进行科学有效的解决,将会严重影响制造业的稳定发展。本文在具体的研究过程中从数控机床的概述入手,分析了影响数控机床精度的因素,并且根据影响因素提出了切实可行的解决策略。     

机床加工过程综合误差实时补偿技术

该项技术是在机床的三维空间内进行机床综合误差实时补偿。将一块带有单片机的智能补偿功能板直接插入机床数控系统的扩充槽内,通过总线结构并利用数控系统的部分原有功能达到实时误差补偿的目的。     

考虑热误差的双转台机床工艺误差谱预测方法

五轴数控机床的几何误差和热误差是影响工件加工精度的两个重要因素,对这些误差因素进行分析可以有效提高薄壁件工件的加工精度。本文首先基于齐次坐标变换法,建立了双转台五轴数控机床的旋转轴几何误差模型;然后基于对标准球进行在机接触测量,辩识得出两旋转轴的12项几何误差,这些误差考虑了两旋转轴之间的相互影响和其热误差的影响;最后分析五轴数控机床加工空间的几何误差场,在该加工空间内几何误差从中心到外侧逐渐增加,当A轴旋转角度增加时,误差的最大值也随之增加。与其它位置误差辨识方法相比,本方法的测量精度符合加工要求,测量时间只需要30 min。     

FANUC数控机床螺距误差的检测分析与应用

Fanuc数控机床在我国数控加工领域占据着主导地位,它的精度和性能指标直接取决于数控机床的定位精度和重复定位精度。在实践应用中,数控系统的螺距误差补偿功能是最节约成本且直接有效的方法。利用激光干涉仪或步距规测得的实际位置与数控机床移动轴的指令位置相比较,计算出全程上的误差分布曲线,在数控系统控制移动轴运动时考虑该误差差值并加以补偿,可以使数控机床的精度达到更高水平。     

数控机床空间几何误差测量研究进展

数控机床是衡量国家制造装配业水平的重要标志,数控机床的加工精度是反映其性能和水平的一个关键指标。误差补偿是提高数控机床加工精度的一个主要途径和发展趋势,数控机床空间误差快速、精确测量是进行误差补偿、提高数控机床精度的前提与关键。如何快速准确测量数控机床各种误差成为国内外测量域的一个研究热点和重点,出现了很多不同类型的测量方法和仪器。按测量仪方法及仪器与测量策略这两条主线,对现有数控机床空间几何误差测量方法进行较全面介绍,分析了各种方法的优缺点,讨论了其发展趋势。     

Design and accuracy analysis of a metamorphic CNC flame cutting machine for ship manufacturing

The current research of processing large size fabrication holes on complex spatial curved surface mainly focuses on the CNC flame cutting machines design for ship hull of ship manufacturing. However, the existing machines cannot meet the continuous cutting requirements with variable pass conditions through their fixed configuration, and cannot realize high-precision processing as the accuracy theory is not studied adequately. This paper deals with structure design and accuracy prediction technology of novel machine tools for solving the problem of continuous and high-precision cutting. The needed variable trajectory and variable pose kinematic characteristics of non-contact cutting tool are figured out and a metamorphic CNC flame cutting machine designed through metamorphic principle is presented. To analyze kinematic accuracy of the machine, models of joint clearances, manufacturing tolerances and errors in the input variables and error models considering the combined effects are derived based on screw theory after establishing ideal kinematic models. Numerical simulations, processing experiment and trajectory tracking experiment are conducted relative to an eccentric hole with bevels on cylindrical surface respectively. The results of cutting pass contour and kinematic error interval which the position error is from –0.975 mm to +0.628 mm and orientation error is from –0.01 rad to +0.01 rad indicate that the developed machine can complete cutting process continuously and effectively, and the established kinematic error models are effective although the interval is within a ‘large' range. It also shows the matching property between metamorphic principle and variable working tasks, and the mapping correlation between original designing parameters and kinematic errors of machines. This research develops a metamorphic CNC flame cutting machine and establishes kinematic error models for accuracy analysis of machine tools.     

基于VERICUT的五轴数控加工仿真与优化

虚拟加工平台的构建、数控加工程序的正确性验证及加工过程的仿真与优化及是五轴数控机床实现高效加工的重要基础技术。基于VERICUT数控加工仿真与优化平台,以非正交五轴数控机床DMC70ev为研究对象,构建了数控加工仿真平台;以曲面加工为例,建立了基于恒定体积去除率和恒定切屑厚度的优化设计数学模型,进行了刀位轨迹的优化。应用表明:研究成果实现了五轴数控加工过程仿真及数控加工程序的正确性验证,减少了刀具磨损,提高了加工效率与加工质量,可以较好地提升企业数控加工技术的应用水平、应用质量,推动现代制造技术的发展。     

数控机床全误差模型和误差补偿技术的研究

加工精度是数控机床必须保证的一项性能指标。提高机床精度是先进制造技术的重要课题，有误差避免和误差补偿两种方法。前者使机床造价大幅上升，而且精度的提高也有一定的限度。后者的精度提高几乎没有限制，对数控机床，计算机实时误差补偿技术是一种经济、有效的基本途径。基于多体系统理论，推导了多坐标数控机床，包含几何误差和热误差的全误差模型。文中介绍了坐标数控机床项误差的辨识方法(22线、14线和9线法)，还介绍了回转坐标6项误差的辨识方法。通过软件补偿，在3坐标联动和4坐标联动数控机床上实现了几何误差和热误差的补偿。实践结果表明误差模型的准确性和补偿方法的实用性。     

数控进给驱动动态性能的快速测试与评价方法

提出一种数控进给驱动动态性能的测试和评价方法。该方法以标准位置斜坡信号作为数控进给驱动系统输入,利用Heidenhain平面光栅测试工作台响应,利用提出的动态性能指标对测试结果进行评价。测试与评价实例的结果表明,该方法能快速而有效地测试和评价数控机床动态性能,为伺服参数的优化调整和机床的优化设计提供依据,并能比较不同数控机床的动态性能。     

CAM/CNC走刀轨迹的实时重构

走刀轨迹的优化对复杂型面的高速高精度加工起着十分关键的作用。目前大多数CAM/CNC系统采用大量小直线段逼近原始曲线和直线插补的做法,只能获得零阶连续的走刀轨迹,逼近精度低,不能保证高速加工运动的平稳性,因而加工精度、光洁度和加工速度都难以提高;由小直线段构成的NC代码数据量庞大,也增加了数控系统在内存容量和数据传输方面的成本。本文采用3次参数样条曲线和B样条曲线来实时重构CAM生成的走刀轨迹,以少量的数据点便能达到比直线和圆弧插补高得多的加工精度。文中讨论了数据分段、样条拼接及首尾振荡问题,以及程序实现中的面向对象和多线程技术。在实际使用中显著地提高了数控系统的加工速度和加工精度。     

CNC机床动态特性与S形试件轮廓误差映射关系分析

以双摆头五轴数控机床为研究对象建立了仿真模型,并对其准确性进行了实验验证。然后通过仿真分析揭示了S形试件轮廓误差在试件各分区的表现规律。基于机床动态特性与S形试件轮廓误差的映射关系,可以为实际加工中五轴数控机床动态性能参数的调整、机床性能评价及加工误差的溯源和辨识提供指导依据。     

基于数控系统底层通信的实时误差补偿及应用

为提高数控机床加工精度,设计开发基于CNC底层通信的实时误差补偿功能模块,该模块通过GSK-Link网络通信协议与CNC底层进行数据交互。实时补偿过程为：通过温度采集模块和数据通信模块实时采集机床温度及各坐标轴坐标,误差补偿器计算误差补偿值并将计算结果直接送往CNC实时误差补偿功能模块,以实现机床误差实时补偿。该补偿过程的最大优点是实时补偿器与CNC底层直接通信,而不是目前国际上惯用的先通过PLC再与CNC底层通信的方式,因此实时补偿的速度和效率更高,补偿效果更好。GSK 25i数控系统的实时补偿结果表明,实时误差补偿可有效提高机床精度,最大可提高91.7%。     

Key point selection in large-scale FBG temperature sensors for thermal error modeling of heavy-duty CNC machine tools

Frontiers of Mechanical Engineering - Thermal error is one of the main factors that influence the machining accuracy of computer numerical control (CNC) machine tools. It is usually reduced by...     

数控机床精度强化方法研究

分析数控机床误差产生的原因,论述提高数控机床精度的方法并进行了比较,针对目前数控机床精度强化存在的问题,提出了建设性的意见。     

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...