多轴微细铣削机床的精度设计方法研究

高精度机床是实现微细加工的基础,目前对其设计主要还是依赖于经验或直观地根据加工精度要求来选取各个运动轴的精度,不能满足多轴微细铣削机床设计的需要. 以精度分析与精度分配为主要内容的精度设计方法,针对一种新型桌面五轴联动微细铣削机床,构建主要包括各运动轴定位精度的运动误差模型,求解各运动轴精度对末端精度的影响分布趋势,完成精度分析. 基于末端运动精度要求和关键设计参数,合理设置直线轴与旋转轴的精度要求,在工作空间内分别对B轴和C轴依次进行精度求解,实现各运动轴的运动精度优化与分配, 指导设计时科学地对各运动轴零部件进行选型.此设计方法对于多轴联动的中大型机床设计也具有一定的推广价值．     

数控机床精度评价新方法

传统的定位精度与重复定位精度等指标是在准静态下评价数控机床(CNC)性能的,无法反映数控机床在运动和加工过程中的精度。首先从数控机床的数控、伺服、机械等环节在服役态下所表现出来的性能出发,提出一种对数控机床更有针对性的,以运动精度为指标的机床精度评价新方法,通过数控指令与运动轴实际位移的符合程度即运动精度来评价机床精度,然后给出了具体的评价指标,并提出了评价指标的测量方法。分析表明,这种新的机床运动精度描述评价方法能够系统、全面地评价数控机床关键性能的优劣。最后从数控、伺服和机械角度分别阐述了影响运动精度的因素。     

纳米级大尺度超精密线位移测量方法的研究

在研究纳米级超精密机床的检测过程中，针对机床的加工要求，提出了纳米级大尺度超精密线位移误差的检测采用宏微线位移测量方法，并应用于超精密机床的检测。检测结果表明，该方法可以利用现有精密测量仪器满足检测超精密机床的要求。     

超精密工件在线直线度多传感器测量方法

在超精密加工中，用多测头方法测量工件直线度时，需要采用误差分离的方法分离出溜板的运动误差，并用一定的算法重构工件表面的直线度．介绍了现有的各种算法，提出了两种新的无理论误差的精确算法以重构工件的直线度．该算法适应于两点法或三点法测量长短工件，能评价任意(包括光滑、非光滑、周期和非周期等)表面，并允许采用大的测头间距．仿真及实测结果表明了算法的优越性，并采用该方法对自研的大理石超精密机床的直线度进行了检测．     

回转运动坐标定位精度的检测与误差补偿模型

在对回转运动坐标定位精度的干涉测量原理和方法进行深入研究的基础上,采用激光干涉法检测混联机床C轴的定位精度和重复定位精度,并做出了基于测量数据的混联机床C轴单向均位偏差特性曲线,推导出了C轴顺、逆时针旋转定位误差数学模型。利用最小二乘法拟合得到了机床回转运动坐标目标位置的均值误差补偿数学模型,提出了一种回转运动坐标定位精度的激光干涉测量方法和误差补偿模型的建模方法。     

主轴回转误差引入飞切加工表面微波纹的形成机理与解决方案

为分析超精密飞切机床加工表面微波纹的形成机理,研究了主轴回转误差信息提取与表面形貌仿真技术,获取微波纹误差来源并研究解决方案。首先,在超精密飞切机床主轴上搭载五通道在线电容位移检测系统,并对采集到的信号进行误差分析提取。然后,建立飞切加工表面微观形貌三维仿真模型,仿真分析主轴误差引入的加工表面微波纹,并与表面检测结果比对确定误差来源。最后,通过调整主轴电机控制系统抑制该误差。三维仿真和实测结果相吻合,证实超精密飞切机床主轴转速波动导致的回转误差造成了工件表面1 Hz左右的规律性条纹,对主轴转速控制系统进行数字化改造后,基本消除了该因素导致的表面微波纹,表面粗糙度从5 nm以上抑制到2 nm左右,PV值优于10 nm。超精密飞切机床主轴转速波动会对飞切加工表面微观形貌以及表面粗糙度产生显著影响,需至少控制在0.5 r/min以内。     

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.     

数控凸轮轴磨床误差建模与辨识技术理论研究

以某类型数控凸轮轴磨床为研究对象,通过对其结构和运动的分析,确定了该机床共有21项误差参数。通过建立含有误差参数的相邻体坐标系运动关系模型,将机床运动体划分为"床身-工件"和"床身-刀具"两条运动链,建立了该机床的拓扑结构图,然后采用多体系统理论对该机床误差进行了建模;对各运动体分别建立了体坐标系和运动参考坐标系,结合相邻体坐标系运动关系模型求出对应的变换矩阵,提出了有误差影响情况下实现精密加工约束条件方程为P_w=P_t,并对该方程进行了求解;建立了凸轮轴磨削加工时X-C轴联动的数学模型,求出了磨削点在工件坐标系和刀具坐标系中的坐标。对影响凸轮轴加工的15项误差参数使用球杆仪采用3种测量方式进行了辨识,这为机床误差补偿的研究提供了必要条件。     

五轴联动机床动态误差与RTCP分析

在对零件加工进行研究的过程中,机床的动静态分析是主要的分析对象,机床的切削能力反应了机床的加工能力,不同的误差对机床的影响也不同,产生的精度影响也不同,误差仿真技术可以有效发现机床的误差源。动态性能会影响高精密机床的制造加工精度。该文分析了五轴精密加工机床的动态性能、机床的RTCP功能、影响机床加工精度的因素和机床误差的产生,同时对误差的影响因素进行了分析,通过减小机床的误差,保证机床的动态性能能够满足加工需求。     

基于热态信息挖掘的机床主轴系统热误差建模方法研究

针对数控机床热误差建模问题,通过对精密卧式加工中心主轴系统热变形数据特征进行分析,提出了一种利用均值理论进行数据分类、利用粗糙集理论进行数据挖掘和利用线性回归分析构建误差模型的机床热误差建模方法.该方法首先进行机床主轴的热误差实验,利用传感器同时检测机床主轴所选各检测点的温升和主轴轴端的热变形,然后利用均值理论和粗糙集理论对获得的数据进行分类和数据挖掘精简,最后通过线性回归分析进行热误差建模.为了评价所建模型的有效性,将所建模型与BP神经网络模型进行了对比,结果表明这种基于热态信息挖掘的热误差建模方法在机床主轴热误差预测方面有较高的准确性和实用价值.     

线性运动平台多自由度几何运动误差测量技术

线性运动平台是精密制造和测量的基础,其定位精度直接影响着制造和测量的精度。由于制造和装配误差的影响,运动平台存在六个自由度的运动误差,将影响运动平台的定位精度。为了提高运动平台的定位精度,需要准确地测量各项运动误差。传统的测量方法只能对单一误差进行测量,并且测量仪器体积较大,无法集成在运动平台中进行实时误差测量。本文提出了一系列成本低、体积小、易集成的高精度多自由度几何运动误差同时测量技术,可以根据测量需求选择测量系统的自由度,在提高测量精度的同时,还可以实现在线测量,为提高线性运动平台运动精度起到重要作用。     

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...     

用激光干涉仪检测双丝杠驱动加工中心的方法与评定

介绍了使用激光干涉仪检测双丝杠驱动加工中心时,选择测量轴线的有效位置,能够真实地反映加工中心轴线的运动定位状态;提出检测双丝杠驱动加工中心定位精度和重复定位精度的方法,通过调整激光干涉仪和位移镜组件的安装位置,获得数控机床及加工中心的检测精度,并根据自动采集获得的测量数据进行有效地补偿,以提高和恢复数控机床及加工中心的最佳定位精度.     

基于在线测量的滚动直线导轨副精度保持性测试方法及试验研究

针对滚动直线导轨副精度保持性检测要求,提出了一种基于激光位移传感器测距的滚动直线导轨副运动精度在线检测方法。根据相对运动定理,该方法将4个激光位移传感器在线测量的滑块相对导轨基准的距离变化量转化成导轨平行度和滑块偏转角的变化量。通过滚动直线导轨副精度保持性测试方法,在线测量滚动直线导轨副在实际运行过程中的精度损失量,并与滚动直线导轨副的离线数据对比,有效验证了测试原理的可行性。最后,从多方面进行了误差分析。     

Enhancement of accuracy of multi-axis machine tools through error measurement and compensation of errors using laser interferometry technique

The present era is witnessing advancement in digital electronics and microprocessor which enables manufacturing sector capable to produce complex components within small tolerance zone in the tune of nanometre and at one machining center. All motion control systems have some form of position feed back system fitted with the machine. Such systems are not generally accurate due to the errors in the positioning performance of the machine tool which will change over time to time due to wear, damage and environmental effects. The complex structure of multi-axis CNC machine tools produce an inaccuracy at the tool tip caused by kinematic parameter deviations resulting in manufacturing errors, assembly errors or quasi-static errors. Analysis of these errors using a laser measurement system provides the manufacturers a way to achieve better accuracy and hence higher quality output from these processes. In this communication, techniques to measure the linear positional errors of axes of CNC machine tools by a laser interferometer calibration system and accuracy enhancement using the data obtained from the calibration cycle by feeding into the machine’s controller with the help of linear error compensation package are discussed.     

基于视觉标定的包装搬运机器人定位方法

目的为了提高包装搬运机器人的定位精度,提出一种基于机器视觉的末端执行器定位方法。方法基于OpenCV设计一种视觉标定算法,该算法包括摄像机标定和位姿标定,可实现待码放物体图像坐标和机械手坐标之间的变换。结合工控机和运动控制卡设计其控制系统,同时给出硬件设计和软件设计方法。最后进行实验研究,包括原点定位和重复定位。结果实验结果表明,所述控制方法能够提高搬运机器人的定位精度,原点定位误差约为0.14 mm,重复定位误差约为0.6 mm。结论该搬运机器人定位方法能够满足包装码垛要求。     

Theory and simulation for the identification of the link geometric errors for a five-axis machine tool using a telescoping magnetic ball-bar

The position invariant geometric inaccuracies of a machine tool are the first to influence the quality of machined parts. A systematic approach is presented to identify some of these errors on a five-axis machine tool. The methodology is applied to the link error parameters such as joint misalignments, angular offset and rotary axis separation distance. A method based on the mathematical analysis of singularities of linear systems is used to assist in selecting a minimal but sufficient set of link error parameters for the calibration of a machine tool. A number of criteria are proposed in order to verify that the identified parameters accurately predict the positioning errors of the true machine. Finally, the numerical effectiveness of this method is shown through simulations.     

高速激光切割机床数控加工态势识别系统

当前方法设计的系统对机床数控加工态势进行识别时,没有对噪声进行回放,对切割平面度、切割定位精度、机床平稳性进行识别时,识别结果不准确,存在识别准确率低的问题。该文提出高速激光切割机床数控加工态势识别系统设计方法,首先,通过运动控制卡,伺服控制模块及加工态势识别模块构成高速激光切割机床数控加工态势识别系统的架构;其次,在加工态势识别模块中设计系统初始化、态势识别、自动诊断报警、运动控制、图形转码和G代码编译等子模块,在此基础上,通过噪音采集、噪音回放和信号分析等方法提高加工态势识别的准确率;最后,采用HMM算法构建高速激光切割机床数控加工态势识别模型,实现加工态势识别。实验结果表明,加工态势设计方法设计的系统可有效识别机床的切割平面度、切割定位精度和机床平稳性,识别准确率较高。