RTCP算法中无碰刀轴矢量的确定

针对五轴数控加工中主轴头中心角速度超限和非线性误差的问题,提出了基于旋转轴线性插补的RTCP算法,分析了插补过程中的全局干涉现象,推导了刀杆偏差系数公式,得到了RTCP模式下的无碰干涉区域,避免了干涉现象的发生。算法减小了非线性误差,保证了插补过程中机床旋转轴的运动平稳性,当刀具长度变化时无需重新通过后置处理生成数控程序,提高了加工效率。仿真结果证实了算法的可行性。     

龙门五轴机床RTCP功能的新模型及其应用

旋转运动的存在使得五轴联动加工存在非线性运动误差。通过实时线性补偿,现有高档数控系统RTCP功能可有效补偿非线性运动误差,但并不能完全消除非线性误差。重点研究了现有RTCP模块设计和算法实现,总结了一种改进的RTCP模型,设计了相应的算法。利用MATLAB对一台A-C轴铣床进行编程仿真和加工验证,结果表明五轴联动数控机床的动态精度得到了提高。     

刀具姿态实时控制的空间圆弧插补研究

基于坐标变换原理,平面圆弧插补算法可以扩展到由空间任意三点确定的空间圆弧插补。在此基础上,笔者对传统的固定轴空间圆弧加工进行扩展,给出空间圆弧加工时刀具姿态的实时控制方法和G代码指令格式,以满足机械加工工艺和CNC系统实时控制的要求。在深入分析五轴联动机床的RTCP(旋转刀具中心点)功能建立的基础上,对该类圆弧插补进行实时的非线性误差补偿,得到准确的插补轨迹,方便用户根据零件轮廓和期望的刀具角度进行编程。仿真结果验证了算法的有效性。     

五轴线性插补中非线性误差补偿方法

以A-C双摆头五轴数控机床为研究对象,通过对机床的运动学求解,分析了五轴数控机床在加工过程中非线性误差产生机理并建立了非线性误差的数学模型。通过齐次坐标变换的方法,推导出计算加工过程中刀尖点实际位置的数学表达式以及其反计算公式。针对五轴数控机床的旋转轴运动所产生的非线性误差,提出了一种反求插补点的补偿方法。从五轴数控加工旋转中心位置插补算法角度考虑降低非线性误差的方法,通过理论刀尖点位置来反求旋转中心的插补的位置,使实际刀尖点更多地落在理论插补路径上。利用MATLAB进行实际数据的仿真验证,结果表明所提出方法能将非线性误差有效控制在加工允差内,可显著提高五轴数控系统的轨迹控制精度,可见本文所提出方法具有较好的可行性和实际应用价值。     

双核架构嵌入式数控系统RTCP算法研究

分析了五轴数控机床非线性误差产生的原因,阐述了RTCP减小非线性误差的算法原理,基于C-A型双摆头机床结构建模并给出了一种RTCP补偿算法。针对嵌入式数控系统的特殊性,合理设计了在双核架构嵌入式数控系统中RTCP功能的实现方法。最后,在MATLAB中仿真验证了RTCP算法对于减小非线性误差的有效性。     

五轴联动数控加工中的刀具轨迹控制算法

已有的五轴联动数控加工系统往往忽略刀轴矢量插补问题,只是简单地通过对线性轴进行插补、对旋转轴进行跟随的方式来实现刀具轨迹的控制,导致产生非线性误差和刀具碰撞与干涉等问题。为此,提出一种基于刀轴矢量插补的刀具轨迹控制算法。该算法采用大圆弧插补法对加工过程中的刀轴矢量进行控制,同时采用NURBS曲线拟合方法对控制过程中产生的中间点进行处理,并通过对拟合而成的NURBS曲线进行插补来实时计算各运动轴的位置。该算法不仅能够有效地提高五轴联动数控加工的精度,而且可以有效减小数据存储量。仿真和实际加工验证了算法的有效性和实用性,证明算法具有轨迹过渡平稳、非线性误差小的特点。     

基于加工刀位直接插补的机床坐标逆向计算方法

针对五轴数控加工中G01插补指令存在非线性刀具摆动误差的问题,提出了一种基于五轴加工刀位直接生成的五轴G01插补控制方法,同时以双转台类型的五轴数控机床为例,建立了由参考坐标系到工件坐标系之间的中间坐标系,基于对各坐标系运动情况的分析,最终得到了由参考坐标系到工件坐标系的坐标变换矩阵。具体插补控制时,将上述插补计算出的刀位逆向计算出机床坐标,从而实现对机床运行的G01轨迹的控制,可有效降低五轴数控机床的非线性误差。     

五轴机床的RTCP功能开发与应用研究

RTCP功能是五轴机床的一种重要的标志性功能,高档数控系统开发时RTCP功能属于必备功能。高档数控系统的RTCP功能不能仅是基本的RTCP功能,还需要支持多结构机床、倾斜旋转轴、3+2斜面加工以及矢量插补等高级插补功能。总结了整个RTCP功能开发的各个方面,对数控系统的RTCP功能开发具有一定的指导意义。     

双转台五轴机床运动学分析及非线性误差研究

建立正确的A-C型五轴联动机床的WCS(工件坐标)和MCS(机床坐标)之间的矩阵转换关系,从而得出刀轴矢量和机床两个转轴的转角之间的映射方程,对于理解机床运动和CAM系统是至关重要的。由于旋转轴运动及CNC的平动轴线性插补、旋转轴跟随插补,导致五轴铣削过程会不可避免地产生非线性误差,详细分析了非线性误差产生的原因,舍弃线性插补而采用刀轴矢量平面插补,通过机床的逆运动学方程计算刀位的插补点和新的插补矢量,经CAM后处理系统转换成NC数控程序。最后给出一个实例进行分析和MATLAB仿真,验证了运动学推论和减小非线性误差策略的正确性。     

NUM数控系统在五轴插补上的特点

NUM数控系统以其功能的复杂性、开放性和灵活性而著称。在五轴加工机床上,表现出的功能及特点如下:(1)RTCP(RotationAroundToolCenterPoint:绕刀具中心点旋转功能)　本系统以刀具中心点为基准进行自动补偿,它可根据被加工曲线在空间的轨迹,自动对五轴机床中的旋转轴进行补偿,以确保球形刀具的中心点在插补过程中始终处在轨迹上。该功能同时激活倾斜面功能。RTCP功能被安装在PC机上并在Windows环境下运行。安装时产生一个包含描述旋转轴运动的宏程序。(2)N/MAutoFunction(N/M自动功能)　在五轴机床插补时,允许最多5个轴用手动进行…     

五轴联动数控系统中RTCP技术的研究

在论述RTCP功能的基础上,推导了RTCP通用数学模型。针对B-C轴双回转工作台五轴数控机床的RTCP算法,开发了集成RTCP算法的五轴数控加工过程仿真软件,并使用该软件验证了算法的正确性。为开发具备RTCP功能的高档数控系统进行了探讨性的研究。     

四轴数控机床误差综合建模原理及分析

详细分析了机床运动副的误差运动，利用基于齐次坐标变换的方法分析并给出了一台既包含移动副又包含转动副的四轴数控机床的误差综合数学模型，此模型中不仅包含了机床的几何误差且包含了热误差共计46个误差元素。本数学模型的建立方法可为其它类型的四轴及各种五轴数控机床的误差综合建模分析及误差补偿提供参考。     

Influence of position-dependent geometric errors of rotary axes on a machining test of cone frustum by five-axis machine tools

A machining test of cone frustum, described in NAS (National Aerospace Standard) 979, is widely accepted by machine tool builders to evaluate the machining performance of five-axis machine tools. This paper discusses the influence of various error motions of rotary axes on a five-axis machine tool on the machining geometric accuracy of cone frustum machined by this test. Position-independent geometric errors, or location errors, associated with rotary axes, such as the squareness error of a rotary axis and a linear axis, can be seen as the most fundamental errors in five-axis kinematics. More complex errors, such as the deformation caused by the gravity, the pure radial error motion of a rotary axis, the angular positioning error of a rotary axis, can be modeled as position-dependent geometric errors of a rotary axis. This paper first describes a kinematic model of a five-axis machine tool under position-independent and position-dependent geometric errors associated with rotary axes. The influence of each error on machining geometric accuracy of a cone frustum is simulated by using this model. From these simulations, we show that some critical errors associated with a rotary axis impose no or negligibly small effect on the machining error. An experimental case study is presented to demonstrate the application of R-test to measure the enlargement of a periodic radial error motion of C-axis with B-axis rotation, which is shown by present numerical simulations to be among potentially critical error factors for cone frustum machining test.     

一种基于最小二乘法的RTCP自动测量循环

五轴机床的RTCP功能正常工作,需要对机床的相关几何参数进行正确的标定.标定的精度直接影响到机床的RTCP动作精度.通过测头实现机床的RTCP相关参数自动标定,可以有效提高机床的RTCP参数标定效率,并保证机床的精度稳定性.提出一种基于最小二乘拟合的方法来实现机床的RTCP参数自动高精度标定,具有标定精度高,标定速度快...     

MOTION ERROR ESTIMATION OF 5-AXIS MACHINING CENTER USING DBB METHOD

In order to estimate the motion errors of 5-axis machine center, the double ball bar (DBB) method is adopted to realize the diagnosis procedure. The motion error sources of rotary axes in 5-axis machining center comprise of the alignment error of rotary axes and the angular error due to various factors, e.g. the inclination of rotary axes. From sensitive viewpoints, each motion error is possible to have a particular sensitive direction in which deviation of DBB error trace arises from only some specific error sources. The model of the DBB error trace is established according to the spatial geometry theory. Accordingly, the sensitive direction of each motion error source is made clear through numerical simulation, which is used as the reference patterns for rotational error estimation. The estimation method is proposed to easily estimate the motion error sources of rotary axes in quantitative manner. To verify the proposed DBB method for rotational error estimation, the experimental tests are carried out on a 5-axis machining center M-400 (MORISEIKI). The effect of the mismatch of the DBB is also studied to guarantee the estimation accuracy. From the experimental data, it is noted that the proposed estimation method for 5-axis machining center is feasible and effective.     

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.     

DMU50 eVolution非正交五轴机床的后置处理研究

由于DMU50 eVolution五轴加工机床具有高精度、高性价比,因此被广泛使用。然而机床工作台的B轴与机床的Y轴不重合,属于非正交结构,使得加工程序的后置处理相对困难。通过对双转台五轴机床开展结构分析,对任意刀具轨迹数据点,先求解出机床双转台的B轴和C轴后置处理转角大小,然后利用求解出的转角大小,通过坐标变换,求解出该刀具轨迹数据点对应的机床位置。利用后置处理算法开发了DMU50 eVolution五轴机床程序后置处理软件,该软件可将UG软件编制的加工程序转换为通用G代码程序。     

带倾斜回转工作台的四坐标后置处理方法

针对带倾斜回转工作台的四坐标数控加工的后置处理,提出了一种非正交多轴联动数控机床的逆运动学求解方法。基于矢量绕任意轴线的旋转变换,建立了非正交情况下四坐标机床各运动坐标同刀位数据之间的映射关系,从而实现了机床平动坐标和转动坐标的计算。该方法同样适用于非正交情况下五坐标机床的逆运动学求解。利用刀具同加工表面相切的控制方式,给出了实际加工中进刀及退刀过程的构造方法。本文方法稳定可靠,并已成功应用于工程实际中。     

一种单自由度对称驱动导向及转换的微动回转机构

基于柔性铰链的传动及导向原理,提出一种单自由度对称驱动、导向及转换的直线转换为回转的微动回转机构;机构具有中心对称性,通过铰链对压电致动器的微动直线运动进行导向,将直线运动转换为回转运动,平衡转换过程中产生的横向力及力矩;在建立机构运动学模型的基础上进行运动学分析,推导机构的直线运动输入Δu与回转运动输出Δθ的函数关系;运用有限元法对机构的转换性能进行仿真分析;试验检验该机构的转换性能,试验结果与机构运动学解析误差为8.0%,与有限元分析误差为6.2%;试验表明该机构的运动平稳、线性好,其线性度不小于0.998。运动学分析、有限元仿真及性能试验结果对比验证微动回转机构直线-回转运动转换的准确性及高线性度。本研究具有重要的应用价值。