基于平面光栅的加工中心典型误差研究

介绍了数控机床几何误差测量常用圆检验法,分析了圆检验法常用仪器的测量原理,突出平面光栅测量的优点,并在立式加工中心上利用平面光栅KGM181测量系统对不同半径和不同进给速度的圆轨迹进行测量,最后通过MATLAB软件对测量数据进行处理,分析圆轨迹半径、进给速度和反向尖峰数值间的关系,获得此机床加工精度最高的进给速度和轨迹半径范围,对进一步提高数控机床精度有指导意义。     

五轴数控机床转动轴与平动轴联动的轮廓误差仿真分析

以主轴头两摆的五轴联动数控机床为研究对象,对转动轴与平动轴联动加工不同空间位置圆弧时的轮廓误差进行了分析。采用D-H(Denavit-Hartenberg)法对按不同圆弧路径加工时各轴的进给指令计算公式进行了推导,并将指令输入到动态仿真工具Simulink构建的进给系统仿真模型中,比较刀具理想位置与实际位置的偏差,从而得到轮廓误差曲线。通过仿真曲线分析了轮廓误差的分布特性,得到了各参数对轮廓误差影响的对应关系,利用这种关系检测机床,达到提高机床性能的目的,同时为机床的调整与维修提供一种便捷手段。     

一种全新的数控插补原理研究及拟合效果论证分析

针对当前数控机床加工非球面曲线时,由于插补原理的不足导致加工精度较低的问题,提出一种全新的速度插补原理:通过轨迹曲线分解和机床联动控制,可以实现数控机床非球面曲线成形的理论运行轨迹与实际运行轨迹的高精度拟合。详细论述了速度插补原理的具体实现过程,通过仿真实验分析和加工实效分析,充分论证了速度插补原理相对于传统插补原理的优越性。     

基于曲率匹配的平面轮廓类零件进给速度优化研究

提出了一种基于曲率匹配理论的平面轮廓类零件数控加工中进给速度优化方法,即用相对简单的曲线近似描述复杂自由曲线,建立简化的加工模型,进行加工实验,采集一定切削条件下简化模型的最佳进给速度.计算加工轨迹线上各切触点处的特征参数(曲率半径、法向量等),依据加工特征参数与已有简化模型进行匹配,在各个简化段中通过线性插值进行进给速度的相应优化,实现进给速度随加工轨迹曲线的变化进行自动控制的目的.     

多轴数控机床伺服参数优化方法研究

数控机床在实际生产中,各轴伺服参数调整不好将影响机床的加工精度。为提高多轴联动中各轴伺服参数的匹配性,推导三轴数控机床加工轮廓误差的计算方法,分析三轴数控机床各轴进给系统伺服参数对轮廓误差的影响,提出2个进给轴之间伺服参数匹配方法。以人字齿的加工为例,对比了参数优化前后的实际加工轨迹,参数优化后人字齿的轮廓误差由优化前的300 μm减小到100 μm,各轴伺服参数匹配能够有效提高数控机床的加工精度。     

重型数控机床伺服驱动中的惯量匹配分析

在重型数控机床产业,伺服惯量匹配对进给伺服系统的动态性能有着非常重要的影响,文章搭建了数控机床进给伺服系统通用的全闭环仿真模型,以GMC1600H/2五坐标横梁移动龙门加工中心Y、Z轴为研究对象,分析了时域和频域下惯量比对单轴系统性能的影响以及Y、Z轴联动时不同惯量比对直线轨迹和圆形轨迹轮廓误差的影响,给出了直线加工和圆弧加工两种加工形式下较优的惯量比范围,并说明了在超过一定惯量比范围后,系统轮廓误差会呈现明显的波动,为数控机床伺服驱动中的惯量匹配提供了理论依据。     

NURBS曲线插补的运动规划与自适应速度插补

文章整合了以基于曲率速度插补算法与自适应速度插补规划算法,分析了NURBS曲线的特点和NURBS曲线插补的参数值的求取方法;构建了基于曲线几何特性与动力学特征插补器,几何模块提出如何决定NURBS曲线的速度尖点,并根据速度尖点信息将NURBS曲线划分为曲线段,依据弓高误差及曲线曲率规划进给速度;机床动力学模块依据每段曲线长度对加加速度控制,对于每段曲线采取相应的加减速控制规划,实现了基于S形速度曲线的加速度平滑处理,与传统插补方法相比,该插补器能够保持高速度和高精度加工性能,而且能够抑制在插补过程当中产生的轮廓误差和速度波动.     

基于S曲线加减速的NURBS实时插补前瞻控制方法

根据现有S曲线速度规划的插补算法,对影响机床加工的各种因素进行了分析,设计了一种基于动态前瞻的预测S曲线减速点的方法,解决了传统计算减速点存在的误差问题.本算法分为预处理和实时插补两部分,在预处理中将加工曲线按曲率的变化率进行分段,按段的类型进行实时插补,并且在段内进行动态前瞻,预测S曲线第三阶段起点.仿真实验结果表明,该插补算法能够在保证加工精度的前提下,实现速度和加速度的平滑过渡.     

一种高速加工平滑运动轨迹自适应算法

提出一种基于多项式曲线的机床运动轨迹自适应控制算法.该算法克服了直线、指数、三角函数和S曲线加减速方法的不足,能够保证机床在高速运行过程中速度、加速度和加加速度均连续有界,运动平滑,避免冲击和震动;给出了在进给电动机额定转矩、额定转速、系统加速度和机床路径曲率约束下,核算机床最高允许进给速度的方法;提出了根据机床行程大小按运行时间最短确定机床运行方式的速度变迁控制策略.该自适应算法简单实用,可用于高速加工系统及CAM软件开发中.     

基于Cardinal样条曲线的自适应前瞻插补算法

数控加工中的连续微小直线段的加工,主要是通过微段间连接处的速度来制约加工速度,在满足加工精度和加速度的前提下,要尽可能提高加工速度。为了减少加速度震荡,采用Cardinal样条曲线过渡的方式,通过建立拐角曲线过渡矢量模型,得出弦高误差、相邻线段长度和夹角以及过渡曲线弧长和最大曲率之间的关系,从而确定满足条件的拐角过渡曲线,并通过弦高误差和机床机械特性以及曲率确定所允许的最大加工速度。同时给出了一种基于S型加减速的自适应前瞻算法,从而实现了微段间速度的高速衔接。仿真结果表明,该算法能够提高相邻线段间的转接速度,实现速度和加速度的平滑过渡。     

基于PMAC数控机床定位精度控制研究

数控机床定位精度和重复定位精度直接影响数控机床的加工精度。通过分析影响数控机床定位精度的原因,利用系统螺距误差补偿方法对数控机床进给系统的定位精度进行补偿。试验结果表明：该误差补偿策略显著提高了系统的位置精度和运动精度,为提高机床的加工精度奠定了基础。     

数控连续加工中轨迹段间平滑转接方法的研究

为了实现加工轨迹段间高速平滑转接,根据空间矢量理论和机床加工的离散周期特征,提出了一种基于S曲线的矢量转接算法。首先,分析了S曲线和矢量转接算法原理,把相邻轨迹段按照S曲线规律进行插补的位移进行矢量求和,求和的结果作为机床的进给位移,形成转接曲线;然后建立了机床加工精度与转接开始的最大允许速度之间的关系;最后探讨了一种对转接算法进行优化的方法,约束控制转角处的速度v、加速度a、加加速度J。实验证明,该算法在满足加工精度的前提下,能够实现轨迹段间高速平滑的转接,从而提高了加工效率和精度。     

基于辨识模型的轨迹误差预测方法

为研究轨迹误差的影响因素及规律,进行加工路径优化和轨迹误差预补偿,并提出一种基于辨识模型的轨迹误差预测方法。采用所建立的数控系统前瞻插补模块对G代码进行插补处理,获得离散位置指令;通过进给系统辨识模型对插补后的位置指令进行加工仿真,得到输出位置;根据插补位置数据和仿真得到的输出位置数据对加工轨迹误差进行计算。仿真结果表明:该方法可以快速计算数控机床联动加工时的轨迹误差值和分布情况,为轨迹误差的成因及规律分析、刀具路径的优化及轨迹误差预补偿的实施提供方法和数据支持。     

机床沿曲线高速进给加工的最大安全恒定进给速度的确定

分析了曲线、曲面轮廓数控加工中,刀具路径曲线的几何特性与机床运动学特性的关系,建立了机床沿曲线恒速进给的运动学方程;基于虚功原理推导出刀具路径几何特性、机床特性及电机特性等之间关系的动力学方程.并用解析法,计算了在各坐标轴加速度、伺服电机额定转矩及额定转速约束条件下,机床沿曲线进给时的最大安全恒定进给速度.在最大安全恒定进给速度范围内,选择合适的进给速度,既能使加工表面粗糙度均匀,保证加工表面质量,同时又能获得较高的高速加工效率.     

NURBS曲线插补算法及加减速控制研究

针对复杂零件高速高精密加工的需求,提出了一种基于阿当姆斯微分方程的NURBS曲线实时插补算法。通过对算法的合理简化与近似,保证了算法的实时性。此算法基于轮廓误差和法向进给加速度控制,使进给速度能随曲线曲率自适应调整。与之相适应,配合此插补算法,利用NURBS曲线的对称性预测减速点,提出了一种新的插补前抛物线-直线-抛物线S形加减速控制方法。该方法具有位置精度高、速度无突变、过渡平滑、计算简便等优点。通过采用MATLAB对插补轨迹仿真和实例分析,证明了插补算法和加减速控制方法的正确、合理、有效性。     

基于三次多项式加减速的NURBS插补前瞻控制算法

为实现数控加工中进给速度、加速度的平滑过渡,减少加加速度急剧变化时机床的振动,提出了一种三次多项式加减速的NURBS曲线前瞻插补算法,该算法包括预处理、前瞻和实时插补。预处理时根据曲线曲率变化找到速度敏感点,然后根据速度敏感点对曲线分段,确定速度敏感点处的最优速度。前瞻时利用三次多项式型加减速对前瞻路径进行规划,防止速度的急剧变化,从而满足机床的加减速性能。仿真实验表明,该算法能够实现曲线的速度、加速度的平滑过渡并减少了加加速度突变次数。     

用四杆机构实现机床的无导轨曲线进给

首次提出了用四杆机构代替传统机床的导轨,利用四杆机构的连杆曲线实现机床的无导轨曲线进给,用于各种异型曲面的加工。介绍了四杆机构的参数设计、三维设计和动态仿真,给出了仿真结果。     

基于ADAMS的数控机床进给系统动力学仿真

为了分析机床进给系统在零件加工时对其精度影响,利用三维造型软件Solid Works建立数控机床进给系统的动力学模型;利用Ansys分别建立丝杠和工作台的有限元模型,将模型导入Adams,对数控机床进给系统进行振动仿真。结果表明:固定转速下,工作台在不同位置的振幅不同,改变转速其规律相近;在不同转速下,速度越大,工作台振幅越大,并呈线性关系。     

神经网络在自由曲线插补中的应用研究

针对NURBS曲线插补中求导误差大、计算复杂等问题,提出了采用RBF神经网络对自由曲线进行插补的方法;并以弓高误差为约束条件,建立一个进给步长可变的神经网络数控插补模型。另外根据曲线曲率的变化规律找出插补过程中的速度敏感点,在到达该速度敏感点之前将速度降低到指定值,从而进行有效的速度规划。最后在MATLAB平台上进行仿真实验,结果表明,该模型结构简单、计算量小、插补精度高,能够在保证加工效率和加工质量的同时降低柔性冲击。     

图形直驱式激光雕刻控制系统

为了满足激光雕刻领域的实际需要,开发了一种基于PC和Windows操作系统打印机驱动架构的激光雕刻控制系统。该控制系统能够与多种图形、图像处理软件进行无缝连接,可以支持多种图形、图像文件格式。而且可以对图形、图像自动编程,使得用户能够像操作打印机一样操作激光雕刻机,方便了用户的使用。在此架构下,曲线轨迹被操作系统分解为连续的小线段,因此根据轮廓曲率变化对连续小线段衔接点速度进行了优化。并且对连续小线段进行插值生成三次样条曲线,从而得到光滑的曲线轨迹。实验结果表明该设计提高了进给速度,改善了机床的动态性能并且能够生成高质量的曲线轨迹。