基于西门子840D数控系统的龙门五轴数控机床几何误差补偿软件开发

基于西门子840D数控系统垂度误差补偿功能,开发一种龙门五轴数控机床几何误差补偿软件。该软件通过导入给定检测策略下激光干涉仪与R-test的检测数据以及辅助工装的几何参数建立辨识方程组,通过十三线辨识方法实现平动轴几何误差辨识,通过偏置球心R-test方法实现转动轴几何误差辨识,以西门子840D数控系统垂度误差补偿文件为模板,输出可被数控系统自动识别的误差补偿文件,最后通过装载补偿文件实现机床几何误差的自动补偿。该软件内部集成几何误差检测策略,将辨识算法和补偿技术进行自动化封装,避免了误差辨识和补偿过程的繁琐性,有效提升了几何误差补偿效率。     

数控机床三维空间几何误差补偿方法

为了提高数控机床的加工精度,在系统分析数控机床几何误差常用补偿方法基础上,提出了基于数控系统插补数据的几何误差补偿方法,并将误差补偿功能集成于国产数控系统中,以提高国产数控系统的综合性能。通过实验与仿真结果表明,数控系统插补数据的几何误差补偿方案能显著提高数控机床的加工精度。     

西门子840D/810D几何误差补偿研究

通过对数控机床几何误差的有效补偿,可以使原有机床的加工精度显著提高。针对西门子840D/810D数控系统,简单分析了数控机床几何误差,详细介绍了怎样利用西门子系统自带的功能来补偿数控机床的几何误差。并且用实验验证利用西门子系统自带的功能来补偿几何误差的可行性与有效性。最后,介绍了利用西门子提供的功能实施几何误差的特殊用法。对于提高841D/840D数控系统的应用水平以及提高国产数控系统几何误差补偿水平具有重要的工程价值。     

五轴头回转中心的几何误差检测与补偿

以SIEMENS大圆插补原理为基础,设计了五轴头回转中心不重合几何误差检测方法,详细解析了误差补偿原理及算法,并利用补偿值修正数控系统结构数据.将此方法应用于沈阳机床集团某型五轴加工中心的五轴头回转中心不重合几何误差检测与补偿,效果良好.     

机床空间误差补偿技术研究

分析了FANUC 31i数控系统的三维误差补偿原理。应用多体系统理论,以21项几何误差作为误差源,建立机床空间误差模型。设置相关系统参数,在MATLAB环境下实现补偿算法。确定机床的21项几何误差后,生成补偿值列表,进行补偿以及实验验证。     

多轴数控机床几何误差的软件补偿技术

论述了在“华中Ｉ型”数控系统中开发的数控机床几何误差的软件补偿技术。分析了各轴的误差元通过运动链传播的建摸问题和其对切削刀具在机床工作空间中的姿态误差的影响;建立了机床结构的每个误差元和切削刀具相对工件位置误差相联系的通用数学模型;采用激光干涉仪直接测量的方法来获取误差模型中各个误差元参数,提出了一种测量机床运动部件滚摆角的新方法;测量点的误差参数被存储在计算机内,在测量点之间采用线性插值来获得补偿点的误差参数。数控系统每８ｍｓ中断一次,读取与补偿点相关的位移和转动误差参数以及刀具的参数,利用误差模型计算刀具相对工件的误差在各个运动轴上的误差分量,该误差分量被数控系统叠加到各运动轴的指令位移上,使各个运动轴产生附加的运动,从而实现数控机床几何误差的软件补偿。对比试验表明该补偿技术能使数控机床的几何误差减小７０％。     

数控机床螺距误差补偿策略研究与实现

为减小数控机床滚珠丝杆磨损引起的螺距误差,提高数控机床精度,提出一种离线均化插值法的软件补偿方法实现螺距误差补偿。在分析螺距误差测量及计算原理的基础上,基于自开发数控系统平台,研究螺距误差补偿策略。在美国德州仪器公司CCS3.3上进行算法程序编写与调试,通过软件测试,螺距误差补偿值可以跟随指令值进行补偿输出,验证所提出螺距误差补偿算法有效性。     

基于综合智能计算的数控系统误差补偿

提出一种基于综合智能计算的数控系统位置控制方法,其基本思想是,在现有的数控系统内部嵌入一个神经网络的小型系统(采用插件形式嵌入),利用综合智能计算,得出系统补偿误差,实现对数控系统误差补偿的智能控制。综合智能计算通过应用粗集理论对决策表进行属性约简,利用主元分析进行数据压缩及特征提取,以降低BP网络的输入维数,缩短网络的训练时间,并利用蚁群算法对BP网络参数进行全局搜索,实现网络快速收敛到全局最优值。试验仿真表明,此方法可有效提高系统补偿精度和实时性。     

机械制造业数控机床几何误差自动控制

为了降低数控机床几何误差,提升加工精度,提出机械制造业数控机床几何误差自动控制方法。通过激光跟踪仪辨识机械制造业数控机床的几何误差,采用快速定位补偿算法与圆弧插补补偿算法相结合的方法补偿数控机床几何误差。利用计算机辅助制造软件生成刀位文件,依据刀位文件生成数控机床加工程序,通过补偿控制器生成数控机床各轴运动的控制指令,数控机床伺服系统接收控制指令后,自动控制数控机床各轴运动,以达到数控机床几何误差自动控制的目的。实验结果表明,采用该方法自动控制数控机床几何误差后,方向与角度的几何误差分别低于0.03 mm与0.1°,实际应用效果较好。     

基于FANUC 0i系统外部坐标原点偏移功能的数控机床误差补偿研究

针对以往对数控机床误差补偿时出现的操作繁琐、补偿精度低、较难补偿机床热误差等局限性,提出了一种基于FANUC Oi数控系统的外部坐标原点偏移功能的补偿方法。该方法利用自行研制的外部补偿器与机床数控系统进行交互。可使机床的几何误差以及随温度变化的热误差得到较好的实时补偿。实验证明,此补偿过程方便、经济,补偿效果好。     

Geometrical error compensation of machines with significant random errors

In this paper, we present a new statistical approach towards soft geometrical error compensation of machines with significant errors. The approach, based on an analysis of the probability of the random error recurring, can reduce the adverse influence of random errors on the compensation of systematic errors. The proposed methodology is made up of three steps. First, error classes are defined from the error bands obtained from calibration. Second, the probability of the magnitude of random error belonging to each of these classes is computed based on the density of the data set within the class. Based on these probabilities, the most probable systematic part of the error measurement can be statistically deduced. Finally, the geometrical error compensation is carried out based on this value. Experimental results are provided for the linear error compensation of a single-axis piezo-ceramic motion system.     

车铣复合加工中心综合误差检测及补偿策略

根据五轴车铣复合加工中心的结构及其运动链构型特点,设计了综合误差检测方案。检测包括车主轴床身至铣主轴运动链的空间误差检测以及车主轴的热误差检测两部分。由于检测方案使刀具-工件之间构成了完整的运动链,解决了单纯的空间误差检测方法未考虑车主轴运动链误差影响的问题。文中同时提出了车铣复合加工中心综合误差补偿策略以及运用神经网络算法的几何误差和热误差综合补偿模型。采用分步体对角空间误差检测后,实施了空间误差补偿。补偿后四条体对角线的空间误差都明显减小,减小幅度从15.24 μm到50.83 μm,误差补偿效果从39.10%提高到78.06%。本文提出的方法极大地改善了空间误差补偿精度。     

转台-摆头式五轴机床几何误差测量及辨识

为降低转动轴几何误差对转台-摆头式五轴机床精度的影响,提出了基于球杆仪的位置无关几何误差测量和辨识方法。基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了转台-摆头式五轴机床位置无关几何误差模型,依据旋转轴不同运动状态下的几何误差影响因素建立基于圆轨迹的四种测量模式,并实现10项位置无关几何误差的辨识。利用所建立的几何误差模型进行数值模拟,确定转动轴的10项位置无关几何误差对测量轨迹的影响。最后,采用误差补偿的形式实验验证所提出的测量及辨识方法的有效性,将位置无关几何误差补偿前后的测量轨迹进行比较。误差补偿后10项位置无关几何误差的平均补偿率为70.4%,最大补偿率达到88.4%,实验结果表明所提出的建模和辨识方法可用于转台-摆头式五轴机床转动轴精度检测,同时可为机床精度评价及几何精度提升提供依据。     

平面并联机器中变值几何参数的误差补偿方法

针对平面并联机器运动学标定无法补偿的变值几何参数误差,提出一种标定后误差的线性预估实时补偿方法。该方法提前由测量仪器测量出部分机器终端误差修正值,在机器运行时,数控程序将实时调用这些误差修正值,并预先由直线插值线性计算出机器终端所到位置的误差修正值,并将这些计算出的误差修正值提前补偿到位置目标指令中,从而达到提高精度的目的。该方法简洁高效、工程实用性强,可广泛适用于少自由度并联机器。     

串并联型机床运动学参数标定的一种建模方法

基于局部POE(product-of-exponential)公式,建立局部坐标系对3-DOF串并联型机床进行了误差建模,研究了分支末端点距离误差与运动误差间的关系,从而得到线性标定模型。此模型为串并联型机床敏感性分析、误差补偿和几何参数标定等提供了新的方法和手段。     

Achievement of accuracy by error compensation of large CMMs

In this paper we will discuss the limit of the possible compensation for the systematic geometrical errors in large coordinate measurement machines (CMMs). One of the main problems is that the methods of measuring the errors produce errors themselves, which statistically add up to a total uncertainty of the compensation. The standard methods of error compensation cannot improve the measuring uncertainty of the machine beyond this limit, and this limit can only be reached if the reproducibility of the machine (ie the statistical error) is improved.     

基于D-H矩阵的球面5R并联机构误差建模及灵敏度分析

以D-H变换矩阵为建模工具,采用环路增量法,建立了包含杆件D-H参数的球面5R并联机构的误差模型,该模型不仅考虑了机构的结构参数误差,还考虑了由于加工和装配等原因出现的各转动副轴线和球心之间的偏差,使得误差模型更接近于工程实际;根据误差模型进一步计算得到了各从动件运动参数误差以及轴向间隙量的显式函数关系;最后对该机构进行灵敏度分析,研究了各几何误差源对该机构末端执行器位姿误差的影响程度。研究结果为该机构样机的标定、运动学补偿及应用提供了理论基础。      

Assessing geometrical errors of multi-axis machines by three-dimensional length measurements

In this paper a method is presented for assessing geometrical errors of multi-axis machines based on volumetric three-dimensional length measurements. A universal machine error model is proposed since a large variety of machine configurations exists. Such models can be used for software error compensation techniques in order to improve the machine’s positioning behaviour as well as for diagnostic purposes. Length measurements are chosen for the measurement of the positioning errors of a multi-axis machine because these measurements can be executed in a short period of time in a relatively simple way combined with a high accuracy. In order to get comparable results for the geometrical errors as measured with conventional techniques, i.e., laser interferometry, the design of the measurement setup as well as the formulation of the machine error model (including parameter correlation effects) appeared to be of major importance and are subject of this paper.     

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。     

Improving robotic machining accuracy through experimental error investigation and modular compensation

Machining using industrial robots is currently limited to applications with low geometrical accuracies and soft materials. This paper analyzes the sources of errors in robotic machining and characterizes them in amplitude and frequency. Experiments under different conditions represent a typical set of industrial applications and allow a qualified evaluation. Based on this analysis, a modular approach is proposed to overcome these obstacles, applied both during program generation (offline) and execution (online). Predictive offline compensation of machining errors is achieved by means of an innovative programming system, based on kinematic and dynamic robot models. Real-time adaptive machining error compensation is also provided by sensing the real robot positions with an innovative tracking system and corrective feedback to both the robot and an additional high-dynamic compensation mechanism on piezo-actuator basis.