基于球杆仪的五轴数控机床误差快速检测方法

几何误差是五轴数控机床重要误差源,针对传统测量方法仪器昂贵、测量周期长问题,提出基于球杆仪的五轴数控机床几何误差快速检测方法。对于机床的平动轴误差,利用多体系统理论及齐次坐标变换法,建立平动轴空间误差模型,通过球杆仪在同一平面不同位置进行两次圆轨迹,辨识出4项平动轴关键线性误差;针对五轴机床的转台和摆动轴,设计基于球杆仪的多条空间测试轨迹,完整求解出旋转轴12项几何误差。实验结果显示,所提方法获得转角定位误差与激光干涉仪法最大误差为0.001 8°,利用检测结果进行机床空间误差补偿,测试轨迹偏差由16μm降至4μm,为补偿前的25%,验证了方法的有效性。提出的五轴机床几何误差检测方法方便、便捷,适用于工业现场。     

三轴义齿雕铣机空间误差解耦与补偿研究

针对三轴义齿雕铣机在加工过程中存在空间误差较大、加工精度较低等缺点,提出了一种对空间误差实施解析与补偿的新方法。首先分析机床拓扑结构,利用多体系统理论确定机床低序体阵列和运动学约束链,建立空间误差模型。然后对三轴雕铣机的各项几何误差进行测量并求解其空间误差值,分别计算各项几何误差相对于机床空间误差的相关性系数,以辨识对空间精度影响较大的重要几何误差分量。最后利用线性回归模型建立空间误差与位置的隐射函数,以便建立空间误差补偿模型。以z轴为例,对所建立的误差补偿模型进行实验验证。结果表明通过补偿后z轴空间误差从1. 26 mm降低到0. 735 mm,降幅为41. 7%,义齿加工精度得到了有效的提高,可见该方法有一定的实用价值。     

数控机床两种几何误差建模方法有效性试验研究

数控机床在制造行业中有着广泛的应用,数控机床精度对保证被加工零件质量起着关键作用,对机床平动轴几何误差进行补偿是进一步提升数控机床加工精度能力的重要手段。几何误差建模是几何误差补偿的基础,通常采用18项或21项几何误差建模方法,基于这两种建模方法,进行误差检测、辨识与补偿。但这两种建模方法对误差补偿的不同影响还没有系统的验证研究,根据验证结果指导采用更适宜的几何建模方法,对于改善误差补偿效果有着至关重要的意义。通过已经建立的数控机床的两种几何误差建模方法建模,开展了基于这两种误差模型的数控机床平动轴几何误差检测、辨识和补偿的仿真和试验研究,并对这两种误差补偿的有效性进行了系统性的分析比较。试验研究发现,18项几何误差建模方法能够精简地描述三轴数控机床的全几何误差项,21项几何误差建模方法则存在3项冗余角度误差项,造成精度预测模型的准确性降低。当通过建立精度预测模型进行机床空间误差补偿,试验研究发现采用18项几何误差建模方法的误差补偿效果优于采用21项几何误差建模方法的误差补偿效果,即18项几何误差建模方法更适用于三轴数控机床几何误差的软件补偿方法。该研究结论对于进一步提升数控机床加工精度的能力具有理论和实际的指导意义。     

基于敏感度分析的机床关键性几何误差源识别方法

零部件几何误差耦合而成的机床空间误差是影响其加工精度的主要原因,如何确定各零部件几何误差对加工精度的影响程度从而经济合理地分配机床零部件的几何精度是目前机床设计所面临的一个难题。基于多体系统理论,在敏感度分析的基础上提出一种识别关键性几何误差源参数的新方法。以一台四轴精密卧式加工中心为例,基于多体系统理论构建加工中心的精度模型,并利用矩阵微分法建立四轴数控机床误差敏感度分析的数学模型,通过计算与分析误差敏感度系数,最终识别出影响机床加工精度的关键性几何误差。计算和试验分析表明,该方法可以有效地识别出对机床综合空间误差影响较大的主要零部件几何误差因素,从而为合理经济地提高机床的精度提供重要的理论依据。     

基于几何误差灵敏度的卧式数控镗床运动精度分析

提出了一种基于几何误差灵敏度的卧式数控镗床运动精度分析方法。针对典型卧式镗床进行几何误差溯源分析,确定影响机床X,Y,Z轴运动精度的21项几何误差,基于多体系统运动学理论,考虑机床各典型体间误差耦合作用机制,建立机床的空间误差模型。借助激光干涉仪对某大型卧式数控镗床进行几何误差检测试验,将检测结果输入九线法几何误差辨识模型,分离该机床的21项几何误差,并对各几何误差进行多项式拟合,据此分析该机床的空间误差场的分布特征,并针对各几何误差项进行灵敏度分析。结果表明:X,Y轴关键误差因素为位移误差,Z轴关键误差因素为直线度误差。通过对各关键因素进行精度补偿,实现该机床空间误差场分布的优化分析。对比分析表明,补偿后的空间误差场在各线性轴分布趋于均匀,最大误差从0.056 4 mm减小为0.027 8 mm,机床的空间运动精度得到明显提高。该分析方法可为此类型机床运动精度分析及空间误差补偿提供理论依据。     

卧式加工中心空间误差预测与验证

由机床几何误差复合而成的空间误差是影响加工精度的主要因素。以提高数控机床加工精度为研究目的,提出了一种基于旋量理论的机床空间误差预测及其验证技术。首先,借助旋量指数积建立了机器人末端实际位形旋量指数积数学模型,通过分析了机床21项几何误差并结合运动链拓扑搭建了机床完备模型;进而,以传统辨识方法识别了21项几何误差,输出机床空间误差预测结果;最后,开展了基于ISO230-6的体对角线实验值与模型预测值对比验证实验。实验结果表明四条体对角线实验测量值与模型预测值符合程度较高,有效验证了基于旋量理论的卧式加工中心空间误差预测分析方法正确性及合理性。     

数控机床空间误差检测与补偿技术研究

研究了数控机床的空间误差检测原理,分析了激光矢量测量法的检测原理与误差模型。采用激光多普勒位移测量仪和激光矢量测量法对数控螺旋锥齿轮机床的空间误差进行了检测与补偿,并根据标准ISO 230-6评估了该数控机床的空间性能,实验结果表明,文中所研究的数控机床空间误差检测与补偿技术是切实可行的,能够在一定程度上较大地提高数控机床的空间运动精度,为进一步提高数控机床的加工精度奠定了基础。     

螺旋锥齿轮数控磨齿机机床空间误差与机床调整参数的关系

为求得对各项机床调整参数影响较大的机床空间误差,分析螺旋锥齿轮加工过程中数控机床空间误差物理涵义,并建立七轴五联动数控磨齿机床空间误差模型.基于齐次变换矩阵方法建立机床空间误差与机床调整参数之间的几何等量关系,推导出两者间的关联函数并进行分析.通过实例分析,发现对机床刀位调整值影响较大的机床空间误差主要是三直线轴垂直度误差和x轴沿Z向垂直度误差;对机床轮位调整值影响较明显的机床空间误差为z轴、B轴沿x向直线度误差以及A轴的安装距误差.为机床调整参数优化及螺旋锥齿轮几何误差补偿提供了理论依据.     

基于平面光栅的机床几何误差测量与辨识

几何误差是影响数控机床准静态精度的重要因素,针对几何误差测量、辨识问题,提出基于平面光栅的面—线机床空间几何误差辨识方法。依据多体系统理论和齐次坐标变换方法建立了三轴数控机床21项几何误差元素与3项误差向量之间的映射关系;规划了3个相互垂直的平面内的测量路径和辨识方案,通过单轴运动和两轴联动的形式可连续测量每个平面内的5条直线,进而依次确定垂直度、俯仰和偏摆误差、定位及直线度误差、滚转误差,减少了多次安装过程中安装误差累积对测量结果的影响;通过基于面—线法的21项几何误差测量和辨识实验,并与基于激光干涉仪测量辨识结果对比显示,平面光栅测量结果与激光干涉测量结果的空间误差向量最大偏差为2.4μm,平均偏差为0.77μm,验证了该方法对辨识机床精度是准确、有效的。     

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。     

基于三维步距规的数控机床误差辨识研究

基于三轴数控机床的空间误差模型,使用三维步距规识别数控机床空间几何误差。运用三维体积位置精度测量的思想,分步测量得到数控机床在指定离散位置的误差。将各个误差元表示为各个运动轴位置的多项式函数,配合误差模型,可辨识出机床的全部21项几何误差。     

复杂曲面零件加工精度的原位检测误差补偿方法

为提高复杂曲面零件的数控机床原位检测精度,分析影响接触式检测系统精度的各项因素及其误差补偿方法。对检测系统的主要误差来源如机床几何误差、测头预行程误差和测头半径误差进行分析研究。在对数控机床的几何误差进行分析和建模的基础上,采用激光干涉仪进行三轴数控机床的单项误差测量和补偿;针对测头检测过程中存在的预行程误差,提出基于径向基函数(Radial basis function, RBF)的预行程误差预测方法,获得测头预行程误差分布图,并对检测系统进行实时预行程误差的补偿;提出改进的三角网格模型顶点法矢计算方法,有效进行三维测头的半径补偿。通过实例零件的加工精度原位检测试验及其与三坐标测量机CMM检验结果的比较,验证了原位检测方法的有效性。     

符合阿贝原则的数控机床几何误差建模

为提高现有数控机床空间误差分析方法的准确度,本文基于阿贝原则对齐次转换矩阵(HTM)几何误差补偿模型进行优化。首先,推导出XYFZ型三轴机床适用的HTM几何误差补偿模型并给出模型正确使用的前提条件;然后,基于阿贝原则分析了三轴机床的空间误差传递机理,指出阿贝误差对机床定位精度的影响,给出理论计算公式并在机床运动轴上进行实验验证;最后,基于阿贝原则和布莱恩原则对现有的HTM几何误差补偿模型进行优化,采用该模型拟合体对角线空间误差,并与实测机床体对角线误差进行对比验证。现有HTM几何补偿模型可将机床空间误差由41.15μm补偿至16.37μm,补偿率为60.22%;优化后的补偿模型可将机床空间误差补偿至5.32μm,补偿率为87.07%,提高了26.85%。实验结果表明,优化后的补偿模型更加合理,进一步改善了空间误差的补偿精度。     

基于特征样件的数控铣床误差辨识方法研究

目前机床误差补偿成为提高数控机床加工精度的一种重要有效手段,而机床各轴多项误差的辨识/预测则是数控机床误差补偿的核心部分。为此提出一种新颖的机床误差辨识方法—通过试切特征样件来分离出机床XYZ三轴导轨的各项误差。应用多体系统运动学理论建立三轴数控机床的空间误差模型,在此基础上反求出具有特殊加工工艺参数与位置参数的几何要素集,通过测量由这些几何要素构成的样件辨识出机床XYZ三轴各项误差。以辨识机床X导轨的、、三项误差为例进行了理论推导,以为指标通过模型仿真与初步实验验证了该方法的可行性。     

基于G代码修改的数控机床几何误差补偿方法

为减小数控机床的空间运动定位误差,研究了一种基于G代码修改的几何误差补偿方法。以多体系统理论为基础,构建起多轴数控机床的通用误差模型,并据此建立了三轴数控机床空间误差模型。提出三维空间内任意直线轨迹的直线插补补偿算法和可提高圆心位置精度的平面内圆弧插补补偿算法,且这2种补偿算法都可分别设定不同的插补精度。采用修改G代码方式实现补偿方法的通用性,在XZOY型三轴数控机床上开展了误差补偿实验,验证了其有效性。     

基于EFAST方法的三坐标数控机床几何精度灵敏度分析

机床几何误差是影响机床加工精度的主要因素之一,本文针对机床几何误差建模、几何精度灵敏度分析、筛选关键几何误差等问题进行研究。结合多体系统理论和齐次坐标变换建立三坐标数控机床的几何误差模型,求解机床空间位置误差表达式。使用雷尼绍XL-80激光干涉仪对三坐标数控机床进行几何误差测量试验,将测量结果导入九线法误差辨识模型,辨识三坐标数控机床的21项几何误差。应用Simlab软件中的拓展傅里叶幅值灵敏度检验方法(EFAST)对三坐标数控机床的几何误差进行灵敏度分析,并筛选出影响三坐标数控机床加工精度的关键几何误差。此外,以关键几何误差为基础,建立三坐标数控机床的简化几何误差模型,与三坐标数控机床的几何误差模型进行对比分析。结果表明,该方法可合理经济地提高三坐标数控机床加工精度及几何误差补偿。     

数控机床空间几何误差测量研究进展

数控机床是衡量国家制造装配业水平的重要标志,数控机床的加工精度是反映其性能和水平的一个关键指标。误差补偿是提高数控机床加工精度的一个主要途径和发展趋势,数控机床空间误差快速、精确测量是进行误差补偿、提高数控机床精度的前提与关键。如何快速准确测量数控机床各种误差成为国内外测量域的一个研究热点和重点,出现了很多不同类型的测量方法和仪器。按测量仪方法及仪器与测量策略这两条主线,对现有数控机床空间几何误差测量方法进行较全面介绍,分析了各种方法的优缺点,讨论了其发展趋势。     

基于多体系统理论的数控机床加工精度几何误差预测模型

针对多轴联动数控机床加工精度误差补偿问题,从分析数控机床误差产生机理和建立精度误差补偿模型的角度,提出了基于多体系统理论的数控机床加工精度几何误差预测模型。分析了B-A摆头五轴龙门数控机床的拓扑结构关系、低序体阵列、各典型体坐标变换,推导出了B-A摆头五轴龙门数控机床精度几何误差预测函数。采用平动轴十二线法误差参数辨识算法,测量并计算了某B-A摆头五轴数控机床21项空间几何误差,为精度几何误差预测函数提供有效参量。该几何误差参数建模方法,对不同拓扑结构和运动关系的数控机床具有通用性,为后续数控机床误差动态实时补偿并提高切削加工精度提供了理论依据。     

数控机床空间误差的通用补偿建模研究

基于多体系统理论,对数控机床运动结构进行了分析,建立了通用的数控机床空间误差补偿模型,提出了具有规范性和通用性的数控机床运动误差建模方法,并以五轴数控铣床为例,建立了机床的空间误差模型。     

基于“华中8型”数控系统的空间误差补偿应用技术研究

随着工业制造水平的提升,对高精度机床要求越来越高,除机械制造及装配精度,控制系统也要实现对机床空间误差补偿,以尽可能提高机床加工精度。为了解决数控机床在制造、装配以及磨损导致的加工精度下降问题,提出基于空间21项的几何误差补偿方法,实现各轴空间线性定位误差、直线度误差和垂直度误差补偿方法的推导,并结合国产“华中8型”高档数控系统集成,实现测量补偿一体化,提高了误差补偿效率。在加工中心上结合空间体对角线进行测试验证,数据表明,补偿后的PPP、PNP、NPP和NNP四体对角线定位误差分别降低57%、56%、56%和73%,补偿效果显著,充分验证了“华中8型”空间误差补偿模块有效性。