基于SAPSO-GA算法的高速曲轴随动数控磨床几何误差辨识方法

以某型数控曲轴磨床作为研究对象,对其结构和运动进行分析,推导出曲轴磨削时理想的砂轮轨迹方程。根据多体系统理论建立含有误差参数的模型,并推导出机床-工件和机床-刀具的运动链位置矩阵,得出机床精密加工的约束方程。对磨床的几何误差进行研究,建立几何误差模型。为快速、准确辨识出各项几何误差,提出一种混合SAPSO-GA算法。通过对比球杆仪测量补偿前后的运动轨迹,分析补偿效果。结果表明:所提方法提高了辨识准确性,通过补偿大大提高了曲轴随动磨床的加工精度。     

非球面超精密磨削误差建模与补偿研究

为提高课题组自研的超精密磨床加工精度,基于多体系统理论,运用齐次坐标变换原理,分析该超精密磨床37项几何误差来源,对非球面超精密磨削的综合误差建模。超精密磨床的多项几何误差元素已在制造阶段标定、补偿,取砂轮对刀误差和砂轮轮廓半径磨损误差作为主要面形误差来源,分别推导其对综合误差的传递函数,分析误差辨识方法,建立误差修正补偿模型,提出基于直接补偿的点补修正法。试验结果表明：建立的综合误差模型正确,根据误差辨识方法和修正补偿模型,修正误差后面形误差显著降低,有效提高面形精度。     

基于多体理论的砂轮修整系统几何误差建模

为提高齿轮加工精度,在对多体系统拓扑结构描述和坐标系建立研究的基础上,将SKMC-3000/20成形磨齿机床砂轮修整系统结构简化为多体系统,用特征矩阵推导出相邻运动体之间的相对位置和姿态。应用齿轮成形磨削原理,分析影响齿轮加工精度的砂轮修整系统误差,建立砂轮修整系统的几何误差模型,提出一种综合误差补偿方案。研究结果为提高数控成形磨齿机砂轮修整精度,减小机床的几何误差提供了理论依据,误差模型具有较强的普遍适应性。     

叶片磨床的几何误差建模与精度分配优化

基于多体系统理论和坐标变换方法,构建某叶片数控磨床的几何误差模型。在此基础上,建立其精度分配优化目标函数,使用MATLAB遗传算法对各误差参数进行优化。优化后大多数经验设计变量值得到不同程度的放大,磨床的制造成本得以降低,且优化值均满足预定加工精度,有效地平衡了磨床的加工精度和经济性能。     

五轴联动立式磨床几何误差灵敏度研究

以一台五轴联动立式磨床为例,提出了一种分析几何误差灵敏度的方法。基于多体系统理论和齐次坐标变换建立了五轴联动立式磨床的33项几何误差模型,利用求导的方式给出了几何误差灵敏度分析的数学模型。并根据该模型找出了关键几何误差,研究了关键几何误差的灵敏度系数随平移轴运动的变化规律,研究结果为精密机床改进设计和误差的实时补偿提供了理论依据。     

基于SINUMERIK840D的数控螺纹磨床砂轮恒线速控制

数控螺纹磨床磨削过程中,砂轮线速度的变化影响加工精度.提出基于西门子SINUMERIK 840D的砂轮恒线速控制方法.该方法利用R参数计算砂轮直径,采用速度闭环控制砂轮恒线速运行,简便实用.运用Simulink/Simpower sys-tem建立该系统模型,并对模型进行仿真分析.结果表明:砂轮线速度误差明显减小,而且具有较强的稳定性.     

考虑砂轮磨损的精密数控磨床插补模型及误差分析

为了减小圆柱形砂轮非均衡性磨损对磨削精度的影响,针对三自由度大型内外圆磨床的结构和工作机理,根据圆柱形砂轮的加工特性,建立了考虑砂轮磨损的大型精密数控磨床插补模型。采用等弧长策略离散出一系列刀触点,通过周期性改变圆柱形砂轮刀触点与刀位点距离的方法,修正刀位点坐标,使加工过程中砂轮表面的磨损尽量均匀,然后通过坐标变换,将刀具轨迹转化成机床工作台的平动和转动坐标,再经过插补运算,得到机床平动轴和转动轴的进给量,进而计算出相应的控制步进电机的脉冲数和脉冲分布,最后,对加工误差进行了分析。实例仿真表明,本模型能够有效减小砂轮的不均衡磨损,提高加工精度。     

基于Sobol’法的机床关键几何误差元素辨识方法研究

针对机床几何误差元素多、误差测量与辨识过程繁琐等问题,利用Sobol’全局灵敏度分析方法对空间误差模型中的几何误差元素进行灵敏度分析,筛选出影响较大的几何误差元素,从而降低误差测量与辨识过程的复杂度,简化空间误差模型。以螺旋理论为建模基础,建立机床空间误差模型;对所有几何误差元素进行Sobol序列抽样并通过蒙特卡洛估计法求解灵敏度,计算各误差元素的一阶灵敏度值及全局灵敏度值,从21个误差项中筛选出对机床空间误差影响较大的12项;将简化模型与完备模型进行对比,空间误差元素简化率为48%,其预测精度大于80%,说明了误差元素筛选的有效性,为机床空间误差建模、误差元素辨识以及空间误差补偿工作的简化提供参考。     

基于线性响应面法的机床几何误差灵敏度识别

机床各零部件几何误差是影响机床精度的主要因素,识别各项几何误差对机床精度的灵敏度可以为机床精度分析提供理论依据与参考。基于多体系统和线性响应面法,提出了一种对机床精度解析模型的灵敏度识别方法。以一台5轴卧式数控铣床为例,对提出的模型和算法进行了应用,首先建立机床的几何精度模型,利用插值抽样技术提取模型样本点,从而构造机床的几何精度线性响应面模型,通过计算与分析该模型的敏感度系数,从而识别出机床的关键性几何误差。计算示例表明,该方法可以有效计算出机床各项几何误差的敏感度系数,对于机床几何误差参数较多且各项误差耦合关系复杂时有一定的适用性。     

基于数控指令修正的数控内圆磨床几何误差补偿

为减小各几何误差对机床加工精度的影响、提高机床加工精度,以数控精密内圆磨床为研究对象,基于多体系统理论及齐次坐标变换原理,得到磨床的空间运动误差模型,建立几何误差与运动位置之间的映射关系。对加工补偿点的确定方法及数控指令修改方法进行研究,得到精密加工数控指令;通过软件进行阶梯轴试件的加工仿真验证,分别得到补偿前后的数控指令,并选取5个补偿点;补偿前后到理想位置的空间误差分别从0.616、0.607、0.614、0.295、0.376 cm减小到0.354、0.398、0.376、0.188、0.255 cm,分别减小42.5%、34.4%、38.6%、36.3%、32.1%。结果表明：通过修改数控指令能够提高机床加工精度。     

基于敏感度分析的机床关键几何误差元素辨识与评定

为了正确识别和判定机床关键几何误差元素对机床精度设计的影响,以PCV-620立式加工中心为研究对象,采用多体系统理论建立机床空间误差模型,从而得到机床几何误差元素与机床精度之间的关联函数。对空间误差模型进行灵敏度分析,获得机床各运动方向的局部灵敏度系数,完成机床关键几何误差元素的初步辨识。以局部灵敏度系数为基础,提出一种与局部灵敏度系数和工作空间中任意位置处的几何误差元素值相关的全局灵敏度系数计算方法,将其作为机床关键几何误差元素的辨识和评定标准,分析得到PCV-620立式加工中心的关键几何误差元素包含3项定位误差、3项垂直度误差和5项直线度误差。     

非球面数控磨床的误差建模与补偿研究

以实验室自主研发的非球面数控磨床为研究对象,系统分析了该磨床几何误差元素,基于齐次变换原理和多体系统理论,建立了该磨床包含所有几何误差源的综合误差模型。基于双频激光干涉测量仪,应用9线误差辨识法和回转误差辨识法建立了以磨床单项误差为变量的组合方程,并求取了磨床的各误差分量。针对非球面数控磨床定位误差的特性,提出了增量式误差补偿原理。研究表明:该误差建模及补偿原理可以有效地提升非球面数控磨床的定位精度。     

基于多体系统理论的数控机床加工精度几何误差预测模型

针对多轴联动数控机床加工精度误差补偿问题,从分析数控机床误差产生机制和建立精度误差补偿模型的角度,提出基于多体系统理论的数控机床加工精度几何误差预测模型。分析B-A摆头五轴龙门数控机床的拓扑结构关系、低序体阵列、各典型体坐标变换,推导出B-A摆头五轴龙门数控机床的精度几何误差预测函数模型。采用平动轴十二线法误差参数辨识算法,计算出B-A摆头五轴数控机床21项空间几何误差,为精度几何误差预测函数提供有效的误差参数。该精度误差参数建模方法,对不同结构和运动关系的数控机床具有通用性,为后续数控机床误差动态实时补偿提高切削加工精度提供了理论基础。     

CNC磨削加工中砂轮几何工艺参数自动检测的建模

为了确保CNC工具磨床上用金刚石砂轮磨削工件的精度，金刚石砂轮的几何形状和其相对工件的位置要有严格的要求，为此本文系统地给出了应用电感式位移传感器对砂轮动态几何形状、砂轮与工件相对位置等工艺参数的自动检测建模方法，运用此方法检测砂轮动态几何参数，可以改善被加工工件的精度。     

高精度随动数控凸轮轴磨床砂轮架模态分析

利用SolidWorks软件建立了JKM8330高精度随动数控凸轮轴磨床砂轮架的三维模型,导入ABAQUS有限元分析软件,采用弹簧阻尼单元模拟轴承弹性支承的方法,建立了砂轮架的动力学分析有限元模型。通过分析计算,获得了砂轮架的前9阶振型和模态频率,并深入研究了不同轴承弹性支承刚度对砂轮架模态频率的影响规律。结果表明:可以通过调整轴承弹性支承刚度较好地控制砂轮架的模态频率,进而可以减小砂轮架的振动,从而保证机床磨削加工精度及可靠性。研究结果为高精度随动数控凸轮轴磨床的结构优化设计提供了参考。     

应用电沉积CBN砂轮进行高精度磨削加工

以往由于无法在磨床上对电沉积 CBN 砂轮进行精修,因而加工精度很低。通常把这种很锋利的砂轮用于进行高效率的粗磨削加工。在几年前,出现了以日本 KAPP 公司为代表的高精度、高效率成形磨床,这些磨床制造厂同时开发了用电沉积 CBN 砂轮的高精度、高效率磨床。这类磨削基本上都具有高精度和高刚性的主轴和工件轴,并具有高精度分度和热变位补偿功能。在砂轮制造厂所开发的电沉积     

非球面碳化硅反射镜往复式磨削面形精度建模及仿真

为优化圆弧面砂轮磨削非球面碳化硅反射镜的加工效果,基于往复式磨削对非球面反射镜的残余高度进行建模,通过残余高度与面形精度的几何关系,建立面形精度预测模型并进行仿真分析。面形精度模型仿真结果表明:随截圆弧长增加或倾角增大,面形精度降低;随砂轮基圆半径增加或砂轮圆弧半径增加,面形精度提高。其中,截圆弧长和砂轮基圆半径对面形精度影响较大。      

一种精密曲线磨床运动建模及实验

根据磨床各平台相对运动关系,建立工件坐标系作为参考坐标系,将砂轮磨削运动分解到工件母线的切向、法向和旋转方向上,即分别代表机床下台、中台的平移和上台的旋转,推导出了工件磨削加工过程的一般模型,并进行了模拟计算.分析了模型加工误差,以加工曲线相对理论曲线的法向误差表征局部误差,以法向误差的峰峰值表征曲线轮廓度.实例的计算结果表明:机床模拟磨削加工的工件轮廓度为3.3 μm,实现了特殊工件的精密加工.     

超精密非球面磨削实验系统建模及实验

超精密磨削加工已广泛应用于轴对称非球面光学元件及硬脆材料的加工中,加工过程中砂轮的不平衡量和机床主轴引起的砂轮微小振动和摆动将直接影响工件表面质量：本文分析了加工过程中产生的微振动现象,建立磨削中振动引起工件表面轮廓误差的数学模型;没计一套微振动实验系统,建立系统动力学模型并进行实验研究。实验结果表明：优化选择砂轮转速、工件转速和加工进给速度,可有效减小砂轮振动,提高工件表面精度。     

一种成形砂轮磨齿机的几何误差建模与补偿研究

从成形砂轮磨齿机的磨削原理出发,分析了齿形误差和齿向误差与磨削过程的关系,进而提出将成形砂轮磨齿机分为两个部分,运用多体系统理论分别建立了其几何误差模型,并进行了简化。并针对秦川YK73200成形砂轮磨齿机,提出一种综合误差补偿方案。