调整法在数控车床手动对刀中的应用

本文分析了数控车床对刀原理,针对数控手动对刀不准确而引起的加工误差,提出了采用调整法对刀具补偿值进行调整,从而实现了精密对刀,并以GSK980TA数控车床系统加工轴类零件做了举例说明。     

五坐标数控加工的理论误差分析与控制

对五坐标曲面加工中由离散线性运动逼近理想刀具轨迹所引起的理论加工误差进行了较严格的分析。基于五维线性包络运动分析,得出了适用于多种类型刀具的加工误差估计的通能表达式。该误差是三维意义下较严格的刀具包络成型误差,综合考虑了零件表面的局部几何形状、刀具的形状尺寸与刀轴控制参数、走刀进给方向、机床旋转/摆动机构参数以及走刀步长的影响。在此基础上,分析了减小加工误差的措施,给出了能较严格满足给定精度要求的走刀步长估计算法,有效控制加工误差并提高刀具轨迹质量。     

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。     

复杂参数曲面高精度刀具轨迹规划算法

在对等残余高度刀具轨迹规划算法加工参数曲面研究的基础上,提出带有误差补偿值的复杂参数曲面高精度刀具轨迹规划算法——高精度刀轨误差补偿算法。通过分析刀触点及与之相应的相邻路径上的粗、精刀位对应点间的关系,引入误差补偿值以提高精对应刀位点的求解精度,得到经过合理简化的误差补偿值表达式,并得出粗、精对应刀位点与理论刀位点的距离误差表达式。高精度刀轨误差补偿算法可以在满足插补运算实时性要求的前提下,使相邻轨迹上与刀触点相对应的刀位点的参数值计算精度得到极大提高,进而提高复杂参数曲面的加工刀具轨迹精度。以使用平底铣刀为例进行仿真加工,结果表明高精度刀轨误差补偿算法适合进行对复杂参数曲面的高精度加工。     

五轴数控加工中旋转轴运动引起的非线性误差分析及控制

五轴数控(Computer numerical control,CNC)加工中,刀具路径规划阶段与实际加工阶段对旋转轴运动采用的插补方式存在差异,其中刀具路径规划阶段是根据零件的几何信息进行插补,而实际加工中则根据机床信息进行插补,这种差异将引起原理性加工误差。针对五轴数控加工中旋转轴的运动,分析采用线性插补方式控制两个旋转轴进行加工时刀具姿态变化引起的原理性误差,进一步研究不同加工情况下由此产生的在垂直于走刀方向的平面内的非线性误差。通过分析旋转轴运动过程中线性插补引起的刀轴偏差角,证明刀具在相邻两刀位点运动过程的中间时刻处刀轴偏差角取得最大值,并得到由该最大值的显式表达式,在此基础上分析最大偏差角的影响因素。提出通过限制相邻两刀位点间刀轴夹角来控制此非线性误差的方法,并给出实例验证。     

周铣过程中加工误差预测新模型

研究铣削加工过程中加工误差的预测及控制策略是进行加工质量控制的核心环节,对于实现加工过程的高效化和精密化至关重要。针对刀具柔性较大的铣削加工过程,以周铣加工过程中的刀具变形及刀齿轨迹计算为基础,建立一种新的加工误差预测模型。该模型从铣削力的预测和刀具变形的计算出发,采用圆弧近似方法求解各刀齿的运动轨迹,然后将各刀齿轨迹离散,通过计算各离散点处所有刀齿轨迹的最小值获得加工误差。与现有方法相比,该建模方法的显著优点体现在两点:一方面,建模过程较完整地揭示了铣削加工中加工误差的形成机理;另一方面,由于考虑了刀齿轨迹对加工误差的影响,模型的预测结果能够反映已加工表面的形貌。模型的有效性通过一系列铣削试验得到了验证。     

光栅尺在数控机床中的应用

随着数控机床在加工领域的普遍使用,对于数控机床所加工的产品的精度要求的不断提高,辅佐数控机床在加工中的走刀精度的产品也运用到数控机床中,光栅尺就是一种辅佐数控机床走刀精度的产品。光栅尺,也称为光栅尺位移传感器(光栅尺传感器),经常应用于数控机床的闭环伺服系统中,可用作直线位移或者角位移的检测。在数控机床中常用于对刀具和工件的坐标进行检测,来观察和跟踪走刀误差,以起到一个补偿刀具的运动误差的作用。数控机床安装了光栅尺,可以保障机床的走刀精度,对于数控机床的加工精度有着良好的辅助效果。     

成型刀在车削核电站控制棒驱动杆中的运用

将成型刀技术用于车削核电站控制棒驱动杆上的梯形齿,能够较好地保证驱动杆各齿形中心距离,并使驱动杆齿形的尺寸误差和形状误差控制更为精确、稳定和简单可靠,避免了一般刀具利用数控机床的程序控制在齿形加工过程中出现轮廓跟随误差和刀具磨损造成的齿距累积误差。同时成型刀具有较高的耐用度,避免了普通单刃刀耐用度不足造成的在加工中途换刀和重新对刀现象;通过使用成型刀技术匹配较佳的切削参数还可获得较好的加工表面质量,有效降低加工成本,显著提升加工效率。     

三角网格曲面加工刀具路径生成等误差步长算法研究

针对三角形网格曲面加工中刀具轨迹的误差均匀性问题,提出了一种等误差步长规划的刀具路径生成算法。该方法将刀具沿网格曲面运动方向的线性误差和转动误差联合作为设计公差,在满足给定精度要求条件下,通过控制设计公差来优化各条刀具轨迹上的刀触点的位置分布,并生成相应的刀位点。在生成完整三角网格曲面刀具路径时充分利用了网格曲面的边界特性,保证了边界一致性。实验表明:该方法生成的刀具路径保持了良好的边界一致性,并显著提高了加工精度和加工质量的均匀性。     

自由轮廓曲面铣削加工的表面尺寸误差补偿

针对自由轮廓曲面铣削加工,提出了一种补偿加工中由于刀具变形引起的表面尺寸误差的方法。通过对铣削过程分析,推断出在稳态铣削过程中,当刀具变形发生时,在垂直于刀轴的平面内,实际的切削载荷对刀具的作用力和刀具对挠曲变形的抗力处于瞬时平衡状态。理想的加工情形是刀具的实际切削位置严格遵循名义刀具轨迹,因此表面尺寸误差补偿的过程可以转化为:以名义刀具轨迹界定刀具的实际径向切深,进而是切削载荷和刀具变形量,在实际刀具轨迹规划中补偿该刀具变形量。加工试验表明该误差补偿方法能有效地降低自由轮廓曲面铣削加工的让刀误差。与现有的误差补偿方法相比,该方法能综合考虑刀具系统的柔性,在实施过程中也无需耗时的迭代计算。     

Geometric error modeling and compensation for large-scale grinding machine tools with multi-axes

Synthesis modeling of a geometric error-based traditional method for large-scale grinding machine tools with six axes is too complicated to perform in a real-time compensator with a built-in position control system, and it is difficult to obtain all of the error elements corresponding to the model. This paper proposed a novel strategy in which a machine may be considered as translation axes and rotary axes, and geometric errors of the translation axes and rotary axis are modeled and the geometric error models of the machine are very simple for real-time error compensation. The volumetric errors of the translation axes are measured using spatial circular curve ball bar test, and every element of the rotary axis is also obtained by a series of considerate ball bar tests. According to the characteristics of a position controller used in the machine, a synthesis error compensation system based on the NUM numerical control system was developed. Error compensation experiments were carried out, and the results show that the accuracy of the machine is improved significantly.     

动梁式龙门机床双驱动态不同步误差补偿研究

针对动梁式龙门机床双驱动系统广泛存在的双驱不同步问题,测量并设计补偿控制器以补偿双驱动态不同步误差。首先规划了S形加减速曲线输入,利用光栅尺反馈测量出系统的不同步误差。然后设计了动态不同步误差补偿控制器,采用PID控制算法,实现了对双驱两同步轴动态不同步误差的补偿,其中PID控制算法的参数通过稳定边界法确定。最后,在DK-1200动梁式龙门数控机床上进行了实验,实验结果验证了该补偿控制器的有效性。     

A methodology for error characterization and quantification in rotary joints of multi-axis machine tools

A novel methodology was developed and implemented for error characterization, evaluation, and its quantification in a rotary joint of multi-axis machine tools by using a calibrated double ball bar (DBB) system as a working standard. This methodology greatly simplified the measurement setup and accelerated the error quantification. Moreover, the methodology is observed to be highly economical by reducing the tooling and instrumentation. However, considerable time and little more efforts are required in measuring and computing the errors. The developed methodology is capable of evaluating the five degrees of freedom (DOF) errors including two radial errors, one axial error, and two tilt errors out of six DOF error components of rotary joints. A DBB system with point accessory was used for direct measurement by change of length at multi-points and various locations, whereas mathematical modeling technique was implemented, and equation solvers were exercised for error evaluation and its quantification. Validation and authentication of the methodology and results obtained were carried out by simulation process prior to implementing the methodology on rotary joints of a five-axis turbine blade grinding machine. The results obtained from “A” and “B” rotary joints of the turbine blade grinding machine were presented by applying cubic spline technique for error modeling and its further utilization. The methodology was found extremely pragmatic, quite simple, efficient, and easy to use for error characterization and its quantification in rotary joints of multi-axis machine tools.     

Mechanical model of errors of probes for numerical controlled machine tools

CNC machine tool probes are not only used to set up the workpiece before machining and to control it after machining, but also to determine volumetric errors of the machine tool. That’s why there is a necessity not only for knowledge of the complete on-machine measurement system errors, but also for the knowledge about probe’s errors in separation from machine tools. This paper presents a theoretical model of errors of probes for CNC machine tools. It takes into account such unique features of the machine tool probes as the transducer with support on the whole circumference and as wireless communication. 3 probes: RMP60, MP700 and IRP32.00-MINI were tested using moving master artifact method, out of machine tool, to verify the model described. The triggering radius values obtained experimentally were compared with values calculated using theoretical model, resulting with a compliance up to 92%.     

小型磁力研磨机床数控系统设计

磁力研磨作为一种新兴的表面光整技术,在细长管内壁研磨方面有着独特的优势,但目前市场上磁力研磨专用的数控机床设备较少。针对传统数控系统在小型机床上应用的缺陷,基于STM32+FreeRTOS实时操作系统设计了数控机床的嵌入式软硬件,建立了三层拓扑结构的软件系统。对主轴转速伺服控制进行了研究,通过系统辨识建立主轴数学模型,基于Ziegler-Nichols方法整定PID参数。以活检针为例进行了实际的磨削实验,试验结果表明,该机床磨削过程稳定、加工精度高。     

大尽寸钢管端部螺纹加工专用数控机床

根据大尺寸钢管的结构特点，设计了一种将所有成形运动均集中由刀具实现的钢管端部螺纹加工数控机床方案。对该机床的传动系统进行了分析，并简要介绍了机床的控制系统。     

具有内力的3PRS/UPS冗余并联机床刚度分析

冗余结构可以提高并联机床的刚度,冗余机构在运动中由于各支链的误差使得机构会产生干涉内力,旨在研究内力对冗余并联机床刚度的改善作用,为靠内力提高并联机床性能提供理论基础.首先采用能量法推导了3PRS/UPS冗余并联机床的刚度模型,然后对具有内力的3PRS/UPS冗余并联机床刚度进行了分析.最后给出了特定位姿下的两种形式的刚度计算实例.结果表明内力对机床刚度的影响很小.     

基于结合面参数的整机动态特性分析与试验研究

机床结合面特性对其整体性能具有很大影响,利用ANSYS软件分别对立式数控铣床AVCP1200H结合面刚性联接、柔性联接的有限元模型进行模态分析,然后通过整机模态试验验证两种有限元模型的分析吻合,并对试验误差产生的原因进行分析,提出了优化模型的建议,为该型机床动力学研究及数字化设计制造提供了参考。试验结果表明:结合面柔性联接的模态分析与锤击试验结果较为吻合,3阶以上的误差均在20%以内,证明结合面处的动态特性参数对机床性能有很大影响。     

基于实时反馈的机床热误差在线补偿模型

为建立一种能够适应机床不同工况且具有准确预测能力的热误差补偿模型,提出一种基于限定记忆递推最小二乘法辨识热误差模型参数的机床热误差预测建模方法。该方法随着机床工作状况的改变,根据实时反馈的温度和热误差数据,采用递推方法对模型参数进行即时修正,使热误差模型能够及时跟踪机床系统的热特性变化,实现以较高的预测精度对机床热误差进行补偿。通过数控车床主轴轴向热误差辨识建模及补偿实验可以看出,限定记忆递推最小二乘法比一步最小二乘法辨识精度有较大提高,最大残差值减小了52.3%,标准差减小了67%。实验结果表明,利用该方法进行机床热误差模型参数辨识具有较高的预测精度和鲁棒性,有效可行。       

基于Internet的数控机床远程故障诊断系统的研究

针对机床故障诊断的需要 ,研究建立了数控机床远程故障诊断系统的主要框架。对于三个子系统的主要功能和实现方法进行了深入的探讨。同时 ,对其实现过程中的关键技术如网络数据库、数据实时传输、安全性和开放性进行了详细的分析。该系统可以充分发挥Internet的优势 ,促进数控机床故障的及时、正确诊断 ,提高设备的利用率