超精密车削金刚石刀具刃口误差的高精度补偿

超精密车削中的金刚石刀具刃口误差的补偿问题一直是制约高精度非球面车削直接成形的瓶颈技术,尤其对于大相对口径,深度非球面的车削,金刚石刀具刃口误差对最终的面形的影响非常大.传统补偿方法是根据轮廓仪的测量结果对刀具刃口误差进行修正,但是该方法存在测量时间长,高频误差大,加工效率低的缺点,本文最先提出利用车削表面面形误差拟合...     

三维调制靶模板的快速刀具伺服加工技术

采用快速刀具伺服技术(FTS)实现了非回转对称三维调制靶模板的精密车削加工.阐明了调制靶模板车削加工的基本原理,并提出一种基于坐标变换的金刚石刀具几何参数选择方法,推导了车削加工此类表面时金刚石刀具刀尖圆弧半径、前角和后角所需满足的条件.基于此提出了一种基于三次Hermite插值的刀尖圆弧半径补偿算法,并详细讨论了插值节点的计算方法.由刀尖圆弧半径补偿仿真结果可以看出,此补偿算法精度优于2 nm.在自行研制的精密金刚石车床上实现了X、Y方向上波长均为100μm、幅值均为0.7μm的正弦网格调制结构的加工.采用白光干涉仪对所加工的调制结构进行测量,并提取二维轮廓进行分析,其轮廓误差为0.31μm,表面粗糙度为13.3 nm.测量结果表明采用基于快速刀具伺服的非回转对称车削是实现三维调制靶模板制作的有效手段.     

惯性导航系统中加速度计标定方案设计与研究

本文主要基于车载筒装导弹基础之上,对捷联惯性导航系统的加速度计标定方法和误差机理进行了研究。首先,对惯性导航系统加速度计误差机理进行分析,提出了加速度计的标定补偿方案,以车载作为激励方式,设计了不开箱加速度计标定方法,该方法能够对误差进行补偿来提高关系导航系统的精度。     

数控加工中刀具半径补偿的应用

在上世纪早期的数控加工中,编程人员根据刀具的理论路线和实际路线的相对关系来进行编程,容易产生错误。刀具补偿的概念出现以后,在数控加工中发挥了巨大的作用,有效提高了编程的工作效率。数控加工中常用的两种补偿是刀具半径补偿和刀具长度补偿,这两种补偿为我们解决了加工中因刀具形状而产生的问题。本文就刀具半径补偿在数控加工中的应用进行探讨。     

超薄件加工变形误差补偿的研究（英文）

超薄件可广泛应用于高精度微型器件、光子系统等领域.针对加工后超薄件的较大变形,采用基于超精密车削的误差补偿方法进行研究.提出补偿理论与补偿方法,对原位面形误差与离线面形误差进行测量,利用补偿理论计算得到补偿面形,最后采用三轴伺服控制技术对超薄件变形误差进行车削补偿.补偿加工的超薄铝几何尺寸为Φ20×0.1 mm,一次补偿加工后,工件面形峰谷值由变形产生的误差从15μm降到10μm,具有较好的补偿效果.对补偿中原位测量误差与位置偏移误差进行讨论,提出提高补偿加工精度的方法.     

基于周期分解的机床主轴回转误差预报模型

随着精密机械、惯性技术和宇宙科学等学科的发展 ,超高精密零件在这些领域有着重要用途。但是其制造以及测量均受到主轴回转误差的限制。当今加工预测补偿控制已成为精密加工技术的一个发展研究方向。依靠传统的主轴回转误差预测模型仅仅能补偿掉误差成分中可表达的重复误差。本文对主轴回转误差采用了基于周期分解的组合建模方法 ,建立了更有效的预测模型。仿真实验结果表明该模型提高了回转误差的预报精度 ,为预测补偿精密加工技术奠定了基础     

面向刀具磨损在机检测的机器视觉系统

针对数控机床加工环境,就如何快速定量检测刀具磨损状况的问题,开发在机环境下的机器视觉检测装置。根据图像灰度分布区域差异性特点,提出基于8连通邻域搜索的交互式刀具磨损提取算法。实验结果表明:该检测方案误差可控制在5%范围内,能够满足机械加工的要求。     

接触式刀具破损检测器BK_Mikro_9在卧式加工中心上的应用

切削加工中由于机械摩擦和高温产生的刀具磨损会对产品带来加工误差,使用传统的机床内刀具破损检测器由于检测过程在机床加工区域内部,检测和工件加工不能同时进行。通过使用接触式刀具破损检测器BK_Mikro_9,可以将检测工作放在刀库侧换刀间隙时进行,在保证了加工精度的同时节约了刀具检测时间,从而提高了加工速度。     

曲面匹配方法在刀具加工轨迹优化中的应用

为减小非可展直纹面侧铣过程中产生的原理误差，提出一种新的刀具加工轨迹优化方法，将曲面匹配方法应用于初始刀具加工轨迹的优化过程，并使用序列二次规划算法求解曲面匹配问题。首先，采用现有的刀具加工轨迹生成方法得到刀轴轨迹曲面；其次，对刀轴轨迹曲面进行法向偏移得到对应的刀具加工包络面并进行原理误差计算，使用基于序列二次规划算法的曲面匹配方法对加工包络面与设计曲面进行曲面逼近，得到空间变换矩阵；再次，通过空间变换和法向偏移，得到优化后的刀轴轨迹曲面及其对应的刀具加工包络面，以及对应的优化刀具加工轨迹及加工误差分布数据；最后，使用MATLAB进行仿真，并与基于最小二乘法的曲面匹配方法进行对比验证。仿真结果表明该优化方法有效地减小了初始刀具加工轨迹产生的原理误差，这说明提出的方法能够用于减小非可展直纹面侧铣加工时产生的原理误差。研究成果为提高非可展直纹面侧铣的精度提供了新的技术支持。     

五轴数控机床的空间误差建模与解耦补偿分析

针对五轴联动数控机床的位置与姿态误差补偿过程中各运动轴的误差补偿量与刀具和工件间的误差值耦合关系较为复杂的问题,在解析五轴机床运动学方程的基础上,利用多轴机床的误差运动学原理,建立了用各运动轴坐标系变换矩阵描述的机床误差模型.基于小误差补偿运动假设,分析了误差运动和补偿运动间的相互关系,对五轴机床各运动轴的位置与方向的...     

基于机床体误差模型的加工面形误差预测

零件面形精度满足要求是超精密装备实现其关键功能的重要保证.影响工件加工面形精度的因素很多,机床体误差是其中最关键的因素.通过构建机床误差元与加工面形误差之间的直接关系来进行面形误差预测研究.提出了一种基于机床体误差模型的频域多尺度面形误差预测方法,该方法可结合机床体误差模型、工艺参数、加工轨迹等进行频域多尺度面形误差预测,可为加工路径规划、机床设计等提供理论参考,从而提高加工精度.进行了低频PV面形误差预测的实例研究,采用的机床为一台五轴联动超精密机床,加工表面为凹形截圆锥台锥面.通过实验与理论分别获得PV面形误差,其相对误差为17.3%,证明基于机床体误差模型的低频PV面形误差预测是可行的.     

蜗杆砂轮磨齿机几何误差敏感度分析

为识别影响蜗杆砂轮磨齿机空间精度的关键几何误差项,提出一种基于旋量理论和Sobol法的几何误差敏感度分析方法。以YW7232型蜗杆砂轮磨齿机为研究对象,首先,基于旋量理论建立机床的几何误差模型;然后,采用Sobol法计算机床磨削过程中各几何误差项对空间误差分量的敏感度系数,并识别出关键几何误差项;最后,对机床的关键几何误差项进行修正,通过仿真分析对比修正前后机床的空间误差分量以及3种测量模式下球杆仪的杆长。仿真结果表明所提出的方法可有效识别出机床磨削过程中的关键几何误差,这可为提高机床精度提供理论指导。     

教学型洗瓶机的设计

目的以工业生产用的洗瓶机为基础,设计出适合机电设备类、包装类专业教学实践用的洗瓶机。方法生产中用的洗瓶机生产能力高,但工艺流程复杂,结构庞大。通过分析工业用大型洗瓶机的基本工艺流程及结构,重点掌握教学应用型洗瓶机的瓶子运行路线、进出瓶装置、重要控制点以及其他必要的结构,明确在工业用洗瓶机的基础上改进设计教学型洗瓶机的关键点。结果改进后的洗瓶机重点结构突出,生产能力为600瓶/h,占地尺寸(长×宽)为4100 mm×1800 mm,适合教学使用。结论改进设计生产实践中所使用的大型设备,将其转化成教学型设备,具有生产与教学实践相结合的重要意义。     

玻璃瓶口定位与缺陷检测系统设计

目的为实现玻璃瓶缺陷在线检测,基于机器视觉设计一种瓶口定位和缺陷检测方法。方法介绍系统结构,包括相机、控制系统和剔除机构。详细论述图像处理算法,即:图像预处理、图像分割、瓶口定位、缺陷检测等。中值滤波完成玻璃瓶图像降噪处理,迭代阈值实现图像分割。基于像素坐标平均法完成瓶口定位。对于瓶口断口和破损等缺陷,分别采用径向积分投影和双圆周扫描实现瓶口缺陷检测。最后进行实验研究。结果实验结果表明,所述算法的性能指标均为98%左右,实现了准确、快速、无接触检测。结论该系统操作简单,能够满足实际使用的需求。     

大尺寸蜗轮齿距累积误差的检测及数据处理

介绍了１种作为工厂机床检修中大尺寸蜗轮距累积误差的检测装置和检测方法，以及用计算机快速准确地进行数据处理。     

基于多源融合理论的机床圆度误差测量不确定度评定

圆度误差是评价机床加工精度的重要指标.为实现机床圆度误差测量不确定度的评定,对基于球杆仪测量的机床圆度误差的贡献因素及不确定度评定方法进行研究.首先,采用最小二乘法(least sqaure method,LSM)对圆度误差进行评定.然后,基于黑箱理论提出了多源融合误差测量不确定度评定方法.接着,根据球杆仪测量机床圆度...     

A control algorithm for improving the accuracy of five-axis machine tools

An algorithm for reducing the influence of geometrical, thermal, kinematic and stiffness errors in five-axis machine tool components on the desired tool position and orientation is given. This new algorithm is based on the calculation of the cutting tool error matrix for orthogonal machine tools. In the new model of this matrix, all angular errors of the machine links are considered as infinitesimal rotations. The error matrix is a function of the commanded machine component positions and the errors in these positions. To correct errors in the three translational and two angular tool positions, a matrix of commanded tool position and orientation is multiplied by the inverse error matrix in every period of the tool trajectory interpolation. This corrected matrix of the tool position and orientation provides the inverse kinematics used for calculation of the successive links positions required for achieving the given tool trajectory. The control algorithm for five-axis machine tools with the error compensation is implemented both in the CNC system and in the postprocessor. The proposed algorithm is applied on a vertical five-axis turning centre with two translational and three rotational axes. Twenty-four errors that could cause inaccurate machining are recognised on this machine. The machine links and their coordinate frames are denoted using the Denavit–Hartenberg parameters.     

多线切割机床动力学分析

多线切割技术是半导体硅片加工产业中的一个新生力量,它以独特的优势迅速成为当前硅切片加工中最先进的方法。机床结构的动态性能直接关系物料的加工质量,为保证机床运行的稳定性,本文对整机动力学性能进行分析,研究机械结构的合理程度。建立本体结构三维模型后,应用有限元方法基于ANSYS软件求解模态,得到各阶固有频率和振型;运用动力学软件ADAMS分析机械系统振动特性,求得机床各关键部件的频率响应。对机构设计的正确性做出理论判断,并为进一步改进指出方向,有利于提高多线切割机的性能和提高加工质量。     

非球面模具超精密补偿加工技术

为了实现非球面模具的超精密数控加工,研究了加工轨迹算法原理及整个软件系统的结构与实现.提出了基于表面粗糙度均匀化的工件进给速度控制法,分析了工具磨损误差和工件形状误差,重点提出了误差补偿方法,同时也讨论了采用砂轮平行磨削法时避免加工干涉的方法.软件能生成高精度的加工与补偿加工数控程序文件.最后,在一台镜面磨床上实验加工直径为6 mm的碳化钨透镜模具,经过多次补偿加工后,获得了谷峰值为0.123μm,误差均方根为0.021μm的表面形状精度.     

一种基于机器视觉的平面加工机床控制系统的设计

针对服装、包装等加工行业中须将人工测量的纸质图纸或模型样件的尺寸信息录入计算机并转换成电子加工图纸而导致的加工周期长、生产效率低的问题,提出了一种基于机器视觉的平面加工机床控制系统,以实现对纸质图纸或模型样件的快速检测。采用“ARM+DSP”方式搭建了主从式运动控制系统,设计了系统各部分功能模块。构建了“工控机+工业CCD （charge coupled device,电荷耦合器件）相机+光源控制”的视觉检测系统,结合FAWS（feature adaptive wavelet shrinkage, 自适应特征的小波收缩）算法和麻雀搜索算法提出一种改进的FAWS算法进行图像降噪,并采用Canny算法进行图像边缘检测,实现图像轮廓的准确提取。设计了图像轮廓提取、轮廓数据转换为加工数据、数据通信等处理程序,实现了基于机器视觉的快速检测以及在系统加工过程中的人机交互。最后,对系统进行了实验测试,对实际加工效果进行了评价。结果表明,采用所研制的平面加工机床控制系统不仅能显著提高生产效率,而且能减小图像轮廓的误差。其性能稳定可靠,具有一定的工程实用价值。