机械加工中主轴运动影响的数学分析

以车床和镗床主轴为例,从数学几何角度对主轴运动误差的加工精度影响进行了定量分析,并推导了由此产生的各类加工误差的数学表达式。     

机床主轴回转精度的数学描述和分析

本文对机床主轴回转精度的一些基础理论问题（如主轴误差运动的数学描述、误差运动的频率分析、误差运动各次频率分量对加工的影响等）进行了数学推导和理论分析。对于进一步研究主轴回转精度的各种具体的测试方法,特别是测试数据的处理方法,这些内容可提供理论性的依据。文章还论述了目前广泛使用的圆图象法存在的问题,并介绍了直角座标法的基本原理。     

基于软件同步的机床主轴回转精度测试

机床主轴回转精度反映了主轴回转时轴心线在空间所产生的运动误差,该误差是机床加工误差的主要来源之一。传统测试方法的理论非常成熟,但是测试时的安装非常不方便。本文分析了软件同步技术的原理和适用场合之后,并将该原理运用到车床回转精度测试系统的数据前处理过程中,替代了传统的角度测试装置——编码器。该技术的运用降低了车床主轴测试安装要求,使测试系统更适用于现场测试;同时也降低了测试系统的成本,提高了其适应性。     

主轴回转误差的测量和评定方法

主轴回转误差是影响机床加工的几何精度和表面光洁度的重要因素之一。因此对其分析和研究日益引起人们的重视。本文就主轴回转误差的基本概念、误差测量、评定方法以及各种因素对测量结果的影响和消除方法作了综合性的介绍     

主轴回转精度的评定原理及计算程序

一、概述在理想的情况下,机床主轴回转轴线在空间的位置是固定不变的。但是实际上,由于存在着轴承的轴颈加工误差,存在着回转过程中的静力学和动力学等方面的影响,主轴的回转轴线在空间的位置是不断变化的。这一变化直接反映到加工零件的形状精度和表面光洁度。因此机床主轴的回转精度是评定机床精加工性能的一项极重要的依据。为了测得这一运动误差,我们研制了主轴回转精度测量系统。该系统包括:主轴回转精度测量仪、数据处理装置和记录仪三部分。系统的测量方法见图1。     

车床主轴低频角摆动时的圆度误差分析

以普通车床主轴为例,从数学几何角度对主轴纯角度摆动时的加工精度进行了定量分析,推导出不同摆动频率时加工误差的数学表达式,且用MATLAB仿真出其加工截面图形,并计算和分析了不同摆频下加工后工件的圆度误差。     

主轴回转误差运动及其对齿轮加工精度的影响

本文对主轴回转误差运动的分类及其数学描述进行了较详细的介绍。并采用圆矢量函数方法分析了主轴回转误差运动对齿轮加工精度的影响。     

机床主轴回转误差对零件加工质量的影响及可采取的技术措施

针对机床主轴回转误差对零件加工质量可能造成的影响,介绍了各种摆脱和减少机床主轴回转误差可采取的技术措施。     

V形支承法磨削内孔的误差分析

用V形支承法磨削内孔,具有装夹方便、加工精度高、回转较平稳等优点。所以,目前广泛应用于大批大量生产精密轴承环和高精度主轴、主轴套筒等零件的内孔加工。这种方法的定位特点是:工件脱离了机床工件主轴的约束,在理论上,加工面的几何形状误差不受工件主轴回转精度的影响;而定位基准面的几何形状误差和V形支承的开角设计,则直接影响加工面的几何形状误差。我厂几年来的生产实践也证明了这一点。我们在研究 MD 2110型内圆磨床主轴套筒内孔加工质量问题时,对基准面形状误差及V形支承开角设计及被加工面形状误差的影响形式和数量关系作了一…     

车床主轴的纯角度摆动对加工精度的影响

在机械加工中,机床主轴的回转精度对加工精度的影响是很重要的。当车床主轴具有纯角度摆动时,在文献[1][2][3][4][5]认为加工后工件有锥度产生。本文对此提出不同看法。运用把工件不同截面上因主轴纯角度摆动引起的误差相比较,得出了在此情况下工件将产生斜圆柱形误差的结论。     

Modeling, measurement, and evaluation of spindle radial errors in a miniaturized machine tool

Miniaturized machine tools have been established as a promising technology for machining the miniature components in wider range of materials. Spindle of a miniaturized machine tool needs to provide extremely high rotational speed, while maintaining the accuracy. In this work, a capacitive sensor-based measurement technique is followed for assessing radial errors of a miniaturized machine tool spindle. Accuracy of spindle error measurement is affected by inherent error sources such as sensor offset, thermal drift of spindle, centering error, and form error of the target surface installed in the spindle. In the present work, a model-based curve-fitting method is proposed for accurate interpretation and analysis of spindle error measurement data in time domain. Experimental results of the proposed method are presented and compared with the commonly followed discrete Fourier transform-based frequency domain-filtering method. Proposed method provides higher resolution for the estimation of fundamental frequency of spindle error data. Synchronous and asynchronous radial error values are evaluated in accordance with ANSI/ASME B89.3.4M [9] standard at various spindle speeds and number of spindle revolutions. It is found that the spindle speed and number of spindle revolutions does not have much influence on synchronous radial error of the spindle. On the other hand, asynchronous radial error motion exhibits a significant speed-dependant behavior with respect to the number of spindle revolutions.     

立式加工中心空间几何误差辨识解析及定位误差补偿研究

为大幅提升立式加工中心加工精度,满足当代数控机床对高精度的需求,针对立式加工中心3个运动轴,深入分析了其轴向运动空间几何误差,提出了可有效辨识运动轴轴向运动空间6项几何误差的辨识方法.建立了空间6项几何误差辨识模型,并针对关联轴联动垂直度误差进行了有效分析,建立了垂直度误差辨识解析模型.同时,针对3个独立运动轴轴向定位...     

XH718加工中心的热误差补偿研究

在分析某XH718加工中心主轴及主轴箱结构和热源的基础上,在主轴箱上初步选择多个测温点,根据测温点温度和主轴热误差的数据,应用模糊聚类分析和相关性分析对测温点进行了优化,确定最小数量的关键测温点。然后应用多元线性回归理论建立了关键测温点的温升和热误差的数学模型。数学模型在加工中心上补偿后的数据表明,可以在很大程度上改进加工中心的精度,达到了客户需要的精度要求。     

多因素影响的电子螺旋导轨误差的理论分析

为了进一步提高电子螺旋导轨对内斜齿的加工精度,从插齿机传动链机构运动学的角度,研究了内斜齿螺旋线偏差的产生机理。首先,根据插削时各轴的运动关系,建立了插齿刀附加转动的数学模型,定义了附加转动系数;然后,分别建立了附加转动偏差以及主运动曲线偏差与螺旋线偏差之间的数学关系,定义了Zebra系数;最后,分析了螺旋线偏差的产生机理,总结了杆件长度、曲柄初始位置以及运动副间隙对螺旋线偏差的影响规律。     

变工况下基于迁移学习融合域内对齐的机床主轴热误差模型

热误差建模和补偿是提高机床加工精度的重要手段。 将得到的热误差模型应用到类似或相近任务中,对减少模型构建 和数据收集的成本具有重要意义。 本文提出了一种简易迁移学习(EasyTL)融合域内对齐的主轴热误差建模方法,以实现不同 工况下误差模型的迁移复用。 建立基于域内对齐和距离矩阵全组合择优的热误差迁移模型参数选取方法,获得最优组合。 进 一步分析不同类型的域内对齐和距离矩阵各自对模型迁移性能的影响。 最后,将迁移模型与 kNN 典型机器学习模型和卷积神 经网络深度模型进行比较验证,分别预测不同工况下主轴 Z 向和 Y 向的热误差。 此外,根据预测的主轴热误差进行工件补偿 加工实验。 该方法为热误差建模及补偿提供了一种新思路。     

五轴数控机床万能主轴头空间误差建模研究

五轴机床万能主轴头空间误差建模的传统方法采用齐次变换矩阵(HTM)进行运算,计算过程复杂,物理意义很难理解。提出了一种主轴头空间误差的简化建模方法。综合考虑了主轴头两个旋转轴的运动误差和刀具热误差对主轴头空间精度造成的影响。优化了机床运动坐标系设置,从而降低了空间误差模型的复杂性。基于刚体运动学原理,描述了主轴头的运动误差传递关系。结合实例,推导出了主轴头空间误差的数学表达式,其建模过程简单,物理意义明确。     

数控机床主轴热变形伪滞后研究及主轴热漂移在机实时补偿

为研究数控机床热变形规律,实现数控机床误差在机实时补偿,进行数控机床主轴热变形理论及试验分析,结果表明,数控机床主轴热变形与主轴温变在距热源约1/3位置存在近似线性关系,即主轴热变形存在伪滞后现象,这一结果为数控机床测温点优化布置及热误差鲁棒建模提供理论依据。为验证机床热变形伪滞后现象,对VM850加工中心主轴热漂移误差在机实时检测并建模,通过自主研发数控机床误差在线实时补偿系统对主轴热漂移误差进行实时补偿,经补偿,机床主轴热漂移误差减少90%以上,有效提高了数控机床主轴精度。     

一种圆柱度测量基准的误差分离方法

通过对主轴回转误差运动的分析，结合三点法圆度误差分离技术，提出了一种完全分离圆柱度测量基准误差的分离方法，即利用主轴回转轴线平均线、测量传感器及直行导轨之间的空间位置关系，建立相应的坐标系，在分离出被测截面圆度误差、最小二乘圆心初始坐标的基础上，完整地分离出影响圆柱度精密测量的径向回转运动误差和导轨的直行运动误差。该技术不仅可以消除测量基准误差对圆柱度测量精度的影响，还可以实现主轴回转误差、导轨直线度以及导轨对主轴平行度误差的精密测量，对高精度误差补偿加工和机床的精度检验也具有重要意义。     

Neural network-based modelling and error compensation of thermally-induced spindle errors

This research is concerned with enhancing the accuracy of a machining centre by compensating for thermally induced spindle errors in real-time. A neural network model was developed for on-line thermal error monitoring. A PC-based error compensation scheme was also developed to upgrade a commercial CNC controller for real-time thermal error compensation without any hardware modifications to the machine. The spindle thermal errors of a vertical machining centre were reduced by 70% after compensation.     

Theoretical and experimental analysis of the effect of error motions on surface generation in fast tool servo machining

The fast tool servo (FTS) machining process provides an indispensable solution for machining optical microstructures with sub-micrometer form accuracy and a nanometric surface finish without the need for any subsequent post processing. The error motions in the FTS machining play an important role in the material removal process and surface generation. However, these issues have received relatively little attention. This paper presents a theoretical and experimental analysis of the effect of error motions on surface generation in FTS machining. This is accomplished by the establishment of a model-based simulation system for FTS machining, which is composed of a surface generation model, a tool path generator, and an error model. The major components of the error model include the stroke error of the FTS, the error motion of the machine slide in the feed direction, and the axial motion error of the main spindle. The form error due to the stroke error can be extracted empirically by regional analysis, the slide motion error and the axial motion error of the spindle are obtained by a kinematic model and the analysis of the profile in the circumferential direction in single point diamond turning (SPDT) of a flat surface, respectively. After incorporating the error model in the surface generation model, the model-based simulation system is capable of predicting the surface generation in FTS machining. A series of cutting tests were conducted. The predicted results were compared with the measured results, and hence the performance of the model-based simulation system was verified. The proposed research is helpful for the analysis and diagnosis of motion errors on the surface generation in the FTS machining process, and throws some light on the corresponding compensation and optimization solutions to improve the machining quality.