Spindle thermal drift measurement using the laser ball bar

Thermally induced errors are major contributors to the overall accuracy of machine tools. An important component of thermally induced errors is the error associated with spindle thermal drifts. In this paper, a novel method is developed to measure spindle thermal drifts in machine tools using a laser ball bar (LBB) as the calibration instrument. The method is implemented on a two-axis CNC turning center. The LBB is used to measure the coordinates of the spindle center and the direction cosines of the spindle axis at various thermal states. The axial, radial, and tilt thermal drifts of the spindle are then computed from the changes in these coordinates. The new method is verified by comparing the spindle drifts measured with the LBB to those measured by capacitance gauges. The results obtained by the new method show good agreement with the capacitance gauge technique. The primary advantage of the new method is the ability to measure the spatial coordinates of the spindle center and direction cosines of the spindle axis with the same instrument used for measurement of the geometric errors of the machine axes.     

基于步距规的数控机床误差测量和补偿技术

提出一种在工业现场进行单轴高精度位置误差的测量系统.使用步距规,可以用来代替激光干涉仪进行轴线位置的高精度标定;安装简单,操作容易.对轴线位置误差的补偿结果表明,通过该方法,可以使机床实现"软"升级.     

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。     

一种新的数控机床热误差实时补偿方法

根据数控机床加工热误差,首先,利用粗集理论方法,分析各变量与热误差之间的相关性,选择出机床热误差补偿的重要特征参数。然后提出一种动态反馈网络建立数控机床加工热误差补偿模型,新的数控机床热误差实时补偿方法具有补偿误差精度高,网络学习收敛速度快,误差补偿实时性好等特点。仿真实验结果证明了该方法的可行性和有效性。     

精密机床几何误差补偿技术及应用

误差补偿技术是提高精密机床精度的有效途径,本文研究了影响精密机床精度的主要因素,重点分析了几何运动误差及热误差源的检测、建模和实时补偿技术。     

数控机床热误差补偿最佳转速选择

为提高数控机床热误差补偿模型在实际工程应用中的补偿精度和稳健性,研究了热误差补偿建模时机床最佳转速状态的选择方法。首先,以Leaderway V-450数控加工中心主轴Z向为研究对象,控制机床主轴在空转状态下,以图谱和恒定转速两种方式进行了多批次实验。然后,采用模糊聚类结合灰色关联度选择温度敏感点并建立多元线性回归模型。最后,分析不同转速类型下模型的预测效果并对同种转速类型下模型预测效果进行相对评价,从而给出热误差补偿建模时机床最佳转速状态的选择方法。实验结果表明,根据国际标准中不同主轴转速类型建立的热误差补偿模型,对于机床热误差预测效果存在较大差异。根据实际工程应用选择的最佳转速状态建立的补偿模型有较好的预测效果。     

切削载荷下数控机床误差分析及补偿方法研究

针对切削载荷对数控机床造成的动态误差,将在线检测和补偿技术应用到数控机床动态误差消除中。通过建立数控机床主轴系统的动力学模型,开展切削载荷下动态误差机理分析,建立了切削载荷跟动态误差之间的关系,提出了基于动态误差的非接触式在线检测和软件补偿方法。在该方法的基础上建立了基于在线检测的误差补偿系统,并利用该系统进行了动态误差检测和补偿的实验。研究结果表明,该补偿系统简单、可靠性高,有效地提高了机床的加工精度。     

Eccentric error and compensation in rotationally symmetric laser triangulation

Rotationally symmetric triangulation （RST） sensor has more flexibility and less uncertainty limits because of the abaxial rotationally symmetric optical system. But if the incident laser is eccentric, the symmetry of the image will descend, and it will result in the eccentric error especially when some part of the imaged ring is blocked. The model of rotationally symmetric triangulation that meets the Schimpflug condition is presented in this paper. The error from eccentric incident laser is analysed. It is pointed out that the eccentric error is composed of two parts, one is a cosine in circumference and proportional to the eccentric departure factor, and the other is a much smaller quadric factor of the departure. When the ring is complete, the first error factor is zero because it is integrated in whole ring, but if some part of the ring is blocked, the first factor will be the main error. Simulation verifies the result of the analysis. At last, a compensation method to the error when some part of the ring is lost is presented based on neural network. The results of experiment show that the compensation will make the absolute maximum error descend to half, and the standard deviation of error descends to 1/3.     

基于在线最小二乘支持向量机的数控机床热误差建模与补偿

为消除数控机床热误差对加工精度的影响,提出了基于在线最小二乘支持向量机的数控机床热误差建模方法。为构建机床热误差模型,进行了建模实验,采用智能温度传感器与激光位移传感器分别测量机床温度值与主轴热变形量。将获得的数据进行在线最小二乘支持向量机建模训练,构建机床热误差模型。在根据模型得出误差预测值的同时,可以不断根据在线输入的新数据修正热误差模型本身,运算时间短,适用于在线建模。实验结果表明,基于在线最小二乘支持向量机的数控机床热误差建模方法具有精度高、鲁棒性强和计算时间短的特点。在此基础上,根据在线模型进行热误差补差,可有效消除机床热误差影响,提高数控机床的加工精度。     

数控机床丝杠误差补偿面临的问题

采用编码盘-丝杠进给系统的数控机床会由于丝杠的受力变形和热变形而很难有较高传动定位精度。利用误差补偿技术可以提高丝杠传动的定位精度，但却面临的几个具体问题。本文通过对这几个问题的分析、讨论得出尽管对特定丝杠进行误差补偿具有一定效果，但误差补偿技术并不能普遍应用于提高丝杠传动定位精度的结论。     

大型数控龙门铣床几何误差补偿方法研究

针对大型数控龙门铣床几何误差的问题,建立了大型数控龙门铣床的几何误差模型,分析了大型数控龙门铣床的几何误差源;利用API(T3)激光跟踪仪高精度大尺寸的测量特点及数据处理能力,提出了X、Y、Z轴线位移误差、角位移误差及各轴间垂直度误差的辨识算法,通过激光测量与计算准确地辨识了大型数控龙门铣床的几何误差;建立了大型数控龙门铣床加工空间几何误差数学模型,采用基于对象的事件驱动机制的程序设计语言Visual Basic开发了几何误差补偿软件,实现了几何误差补偿;现场检测了大型数控龙门铣床空行程平面运动轨迹及工件的平面度。研究结果表明,该方法使平面加工精度提高了50.77%,并验证了几何误差模型的正确性及几何误差补偿方法的有效性。     

数控机床切削负荷误差补偿装置的设计

以开放式数控系统-华中I型为平台研制了数控机床切削负荷误差补偿装置,介绍了这套基于电流检测和处理技术的负荷误差补偿装置的基本构架和设计方法,这套装置被用于数控铣削粗加工中,被证明是成功、有效的,它显著提高了机床加工效率和加工精度。     

数控机床精度评价和螺距误差补偿技术研究

建立了螺距误差补偿的数学模型，设计了利用光栅尺进行螺距误差补偿的装置。对补偿前后的螺距误差进行了精度评价，结果表明，经过螺距误差的补偿，数控机床位置误差降低，实现了机床精度的软升级。     

Modelling thermomechanical behaviour of multi-axis machine tools

This paper describes a method to measure and model the thermally induced positioning errors of multi-axis machines. These errors result from changes in temperature distribution of such a machine. To achieve a reduction of the machine's tool positioning errors a generally applicable model has been developed. First the temperature distribution of a machine tool is computed from a limited number of sensors. Using this calculated temperature distribution and a deformation model based on the machine's structural loop and rigid body kinematics the tool positioning error is computed. To validate the developed thermomechanical model a new measuring method based on three-dimensional length measurements has been used.     

基于G代码修改的数控机床几何误差补偿方法

为减小数控机床的空间运动定位误差,研究了一种基于G代码修改的几何误差补偿方法。以多体系统理论为基础,构建起多轴数控机床的通用误差模型,并据此建立了三轴数控机床空间误差模型。提出三维空间内任意直线轨迹的直线插补补偿算法和可提高圆心位置精度的平面内圆弧插补补偿算法,且这2种补偿算法都可分别设定不同的插补精度。采用修改G代码方式实现补偿方法的通用性,在XZOY型三轴数控机床上开展了误差补偿实验,验证了其有效性。     

基于线性回归理论的数控机床精度检测及误差补偿分析

为提高数控机床定位精度,需对精度的误差源进行分析及补偿。基于线性回归理论,采用激光干涉仪为检测工具,建立了BF-850B数控机床数据检测的精度检测与补偿模型,并根据各个测量点位误差特性进行分析,确定采用一次性线性补偿和多段式线性补偿方法;最后,结合具体的数控机床实例,根据得到的实验数据验证实现误差补偿,对定位精度的补偿效果进行了分析。结果表明:一次性线性补偿将X轴精度由4.853 1～35.025 0μm提高至-2.472 1～0.736 3μm;将Y轴精度由-14.425 0～-4.132 5μm提高至-2.481 2～0.752 9μm;将Z轴精度由-4.128 0～17.227 1μm提高至-0.501 5～1.324 5μm;多段式线性补偿将X轴精度提高至-1.364 1～0.484 0μm;将Y轴精度提高至-1.364 1～0.551 0μm;将Z轴精度提高至-0.412 0～0.495 2μm;补偿前根据数据分布的主要特点,采用呈线性或分段式对数控机床的系统误差进行相应的呈线性或分段式补偿有着很好的补偿效果。     

基于动态反馈神经网络模型的数控机床热误差实时预报补偿

分析了数控机床热误差对制造加工精度的影响及影响数控机床热误差的关键因素,对采用神经网络模型预报数控机床热误差进行了深入分析,提出了具有反馈输入环节的动态神经网络模型.讨论了建立模型的关键技术问题,并对基于该模型的数控机床热误差的智能预报进行了计算机仿真分析.     

数控机床位置精度的检测与补偿

主要介绍使用双频激光干涉仪对西门子840D闭环系统的数控机床进行位置精度的检测与补偿,并对该系统的闭环误差进行分析。实践表明,通过使用该方法能有效地提高数控机床的位置精度。     

基于贝叶斯神经网络的机床热误差建模

热误差严重影响着机床的加工精度,对机床关键部件进行热特性分析是开发精密机床的重要环节。通过测量包括数控机床的特殊位置温度和定位误差在内的热特性,研究了温升与定位误差之间的关系,提出了一种基于贝叶斯神经网络的热误差建模方法。通过K-means聚类和相关系数法来选择温度敏感点,可以有效地抑制温度测量点之间的多重共线性问题。结果表明:通过使用贝叶斯神经网络能提高机床88.015 9%的精度,比BP神经网络高出15.763 8%,与BP神经网络模型相比,贝叶斯神经网络具有更加优良预测性能。贝叶斯神经网络模型为降低机床热误差的影响提供了新思路。     

数控机床螺距误差的测量与补偿

介绍了数控机床螺距误差的测试原理、测量方法及补偿的实现,通过对某型号数控机床螺距误差补偿的实验,表明了该补偿方法能较大限度地提高数控机床的位置精度。