基于HNC848B五轴数控系统的UG后处理开发与应用

以配置HNC848B五轴数控系统的某JT-GL8-V立式五轴加工中心为基础,开发相应的UG后处理程序,解决五轴加工中转台预转、A轴超程、进刀、程序连刀等五轴核心技术问题。利用VERICUT软件建立相应的仿真平台,采用该后处理程序生成2个典型零件的加工程序。通过仿真和实际加工验证该五轴后处理安全、可靠,能够满足定向加工、钻孔、五轴联动的加工需求。     

双摆头五轴联动数控加工步长的计算

在分析双摆头五轴联动数控机床的特点及弧弦逼近方法的基础上,较严格地推导出了保证加工误差在给定的误差范围内的走刀步长的计算方法.该计算方法考虑了加工所用机床的特点,能有效地保证加工精度.     

MasterCAM五轴后置处理关键技术研究

分析MasterCAM X5软件的五轴后置处理格式,研究五轴后置处理的机床类型设置以及旋转轴的方向、旋转轴偏距的设置等关键内容.制定针对HASS五轴机床的后置处理程序,并对实体进行加工仿真,将仿真结果与原模型比较,能达到规定的精度要求,从而验证五轴后置处理的正确性,为五轴高效优质加工提供可靠的依据.     

五轴联动数控电加工技术研究

为了解决难加工材料复杂形状零件的精密加工问题,基于电解-机械复合加工原理,研究开发了五轴联动数控电解机械复合加工机床,组合引进了五轴联动数控电火花成形机床和五轴联动数控单向走丝电火花线切割机床。采用五轴联动数控电加工技术,可实现整体叶轮、窄槽、窄缝、深腔、异形盲孔、内腔侧向盲孔等特殊复杂形状加工的工艺要求,加工精度优于±0.003 mm。     

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制和建立精度误差补偿模型的角度,提出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B-A摆头五轴龙门数控机床的精度几何误差预测函数模型。采用平动轴十二线法误差参数辨识算法,计算出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的误差参数。该精度误差参数建模方法,对不同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提高切削加工精度提供了理论基础。     

基于三维移动切削液镜像支撑细长轴加工精度研究

细长轴常采用卡盘-顶针式装夹方式进行加工,由于刚度较低且不同位置处刚度不同,从而难以保证加工后的精度。针对细长轴加工时精度较低的问题,设计了三维移动切削液随动镜像支撑细长轴加工工艺方法来提高加工精度,并建立切削液随动镜像支撑加工细长轴的尺寸误差数学模型。最后,通过细长轴加工实验验证了切削液随动镜像支撑加工工艺方法的可靠性。实验结果表明:切削液随动镜像支撑加工相比跟刀架支撑加工可以使细长轴获得更高的加工精度。     

高精度细长轴高效数控加工自适应控制系统研究

高精度细长轴在精密机械设备和仪器仪表中使用很多。针对现有加工手段存在工序复杂、精度不易保证、加工效率低下等缺点,提出了基于自适应控制思想的高精度细长轴高效数控加工系统的解决方案。采用该系统可以很方便高效地加工出各种高精度细长轴。在控制好数控随动支架的位移精度和检测系统的精度的前提下,还可以实现超高精度、超长细长轴的高效自动加工。如能实现检测元件测杆的自动开合状态,则可以方便地实现高精度细长阶梯轴的自动加工。     

螺旋锥齿轮圆角表面加工研究

目的提高和保证螺旋锥齿轮圆角表面质量,提高加工效率。方法改变以往依靠人工打磨的方式对螺旋锥齿轮圆角表面进行加工,提出应用数控五轴加工中心的方法,借助UG软件的CAM功能对螺旋锥齿轮表面进行数控加工自动编程处理,模拟加工功能来检测走刀路径是否正确,并进行表面精度检测及仿真加工无干涉、无碰撞检验,生成的CLS刀位文件经过专用后置处理得到NC程序,最后在VERICUT软件平台上的虚拟五轴加工中心模拟仿真加工螺旋锥齿轮圆角表面。结果通过UG的CAM功能及VERICUT仿真加工,螺旋锥齿轮的齿廓圆角达到(0.3±0.07)mm,表面粗糙度值为0.64μm,整体一致性好,满足设计要求。结论采用传统的五轴联动机床进行螺旋锥齿轮齿廓的倒角、倒圆加工,可获得理想的齿廓圆角尺寸,提高了螺旋锥齿轮表面精度。     

基于NXCAM铣刀盘5轴加工技术的应用研究

针对传统3轴数控机床加工非标铣刀盘螺旋槽、刀片螺纹定位孔及轴承配合面时,难以保证表面质量及孔中心定位精度等问题。采用5轴加工技术制造铣刀盘,通过5轴加工技术及优化参数设置,保证了铣刀盘的精度和性能,提高生产效率。     

VERICUT仿真技术在五轴数控联动加工中的应用研究

为了解决复杂零部件在五轴数控联动加工过程中出现过切或干涉、导致影响零件或机床精度的问题。以铣刀盘零件加工为例,通过VERICUT数控仿真系统进行程序验证和优化,保证了数控程序运行的可靠性和机床的安全性,优化了数控加工程序,节省了加工时间,提高了生产效率。     

精密加工中心直线轴复合误差建模研究北大核心

为提高精密机床加工精度,针对直线轴几何误差与热误差两类重要误差项进行分析,并提出一种复合定位误差建模方法。首先对两端固定式丝杠进给系统的热误差机制进行分析,建立正弦函数误差表达式,利用有限元法提取丝杠表面温度并作为输入量代入到热误差模型中。利用切比雪夫多项式建立静态几何误差预测模型。将两模型叠加,得到复合定位误差模型。对精密加工中心直线轴进行检测实验,实验值与预测模型对比后发现预测精度达到85%以上,验证了复合误差模型具有较高的预测精度,为直线轴定位误差补偿提供了参考。     

UCP 800 Duro五轴加工中心精度检测与补偿

由于UCP 800 Duro五轴加工中心加工零件出现Y轴方向尺寸超差较大,利用激光干涉仪检测技术,对其定位精度和重复定位精度进行检测,并修改系统参数进行补偿,提高了机床的精度。     

5轴卧式加工中心回转工作台设计与应用

大型5轴卧式加工中心机床回转工作台是机床在加工过程中驱动工件回转的部件,回转精度及可靠性直接影响机床的整体性能。针对5轴机床在联动切削过程中B轴移动的特点,选用大型可调间隙蜗轮蜗杆进行传动,传动机构配置有减速机构以增加驱动力矩,回转机构通过大型轴向径向组合轴承支撑,通过高精度光栅尺进行位置反馈,得到快速进给5 r/min、定位精度为3″、重复定位精度为1.5″的高精度回转工作台。     

复合材料内腔数控钻孔机床控制系统设计

针对复合材料内腔钻孔加工过程中因人工钻孔引起的孔位置精度差、效率低等问题,设计了一套五轴联动机床闭环控制系统。在该系统软硬件设计过程中充分考虑了加工稳定性、可靠性、精确性。结合工件加工位置和机床结构,以数控系统为控制核心,在PC端精度补偿系统、数控位置指令、伺服控制系统共同作用下实现闭环控制自动补偿定位误差,并保证加工精度。通过试验对钻孔过程中定位精度进行验证,结果表明:钻孔质量和加工效率满足复合材料内腔钻孔加工要求,该系统具有一定的实际应用价值。     

Investigation on AFM-based micro/nano-CNC machining system

To solve the problems in the atomic force microscope (AFM)-based nanomachining process such as nonlinearity and low repeatability positioning accuracy of AFM scanner in a larger scale, a novel micro/nanomachining system similar to conventional CNC machine tools was presented. The system integrated AFM with a precision stage. AFM optical lever detection method was employed to apply a very light normal load on the sample surface. An AFM diamond tip was utilized as a cutting tool to scratch the sample. The precision stage was used as a worktable to move the sample. This process was different from machining with a planer. Based on the system, effects of tip geometry, the scratching direction, the normal load, the machining velocity and the feed on the machining depth were discussed. Fabricating techniques of two-dimensional and three-dimensional complex micro/nano-structures using AFM-based mechanical scratching method based on this system were presented. Complex regular structures were fabricated. Moreover, AFM-tip-induced local anodic oxidation was also carried out based on this system, which displayed higher repeatability positioning accuracy with a larger machining dimensions and a significant machining ability of this system.     

五轴联动加工中进给速度的控制算法

目的研究刀具进给速度平稳性对五轴联动加工中复杂自由曲面表面粗糙度、轮廓精度的影响。方法首先对五轴联动机床运动过程中的空间线性插补原理进行了分析,推导出插补周期内各轴的分解速度数学模型。根据数控系统中不同的速度指令方式以及刀具在空间的实际运动距离,分端铣和侧铣两种情况,分别建立了刀具空间运动的实际速度计算模型,然后根据机床各轴的最高速度及加速度约束条件,对各轴分速度、分加速度进行校核处理,最终求得刀具实际的合成速度。最后,基于后置处理技术,用开发的专用后置处理软件进行刀位源代码后置处理,采用某叶轮试件进行了验证,并对实验结果进行了分析。结果在复杂曲面加工中,稳定的表面进给速度会获得较高的表面质量及轮廓精度,曲面曲率变化越大,速度变化对加工质量的影响越大。在同等条件下切削,刀具采用恒表面速度与采用恒进给速度相比,获得的叶片进出汽边轮廓误差值由0.1 mm减小为0.04 mm。结论在五轴联动加工中,越稳定的表面进给速度,越能获得较高的表面质量和轮廓精度,对于曲率变化较大的复杂曲面,需要严格控制刀具的进给速度,尽量获得稳定的表面速度以减少过切值,从而提高零件表面质量。     

Position geometric error modeling,identification and compensation for large 5-axis machining center prototype

This paper presents a position geometric error modeling, identification and compensation method for large 5-axis machining center prototype. First, regarding the prototype as a rigid multi-body system, a geometric error model has been established, which supports the identification of position geometric error associated with a translational axis by using laser interferometer, and a rotational axis by using laser tracker. Second, based on this model, an improved identification approach named as virtual rigid-body is put forward for calculating positioning error of each large translational axis. Detailed derivation of a generalized matrix equation is given. Third, analytical models based on the least-squares theory were adopted to compute error values at an arbitrary position for error compensation. Finally, the identified position geometric errors were compensated by using recursive software-based error compensation method. The results show that the position accuracy of large machining center prototype has been improved with compensation and up to the design requirements.     

Tool path planning for five-axis machining using the principal axis method

A study of the effect of feed direction on five-axis tool paths generated using local surface properties for tool orientation and positioning is presented in this paper. The principal axis method for five-axis machining defines the placement of the cutting tool at a single point on the workpiece surface and assumes that a preferred feed direction will be maintained. This preferred direction may not represent a practical choice for tool path planning. In this work, numerical simulations are used to evaluate tool paths with different feed directions. Numerical simulations are then verified experimentally by machining two example surfaces. The results show that both gouging and the effective cutter profile will dictate the optimal choice of feed direction.     

五轴并联机床刀具末端运动位姿自适应控制技术

高精尖领域对精密小零件的加工精度要求越来越高，五轴并联机床作为主要机械加工设备，严格控制机床刀具的运动位姿对于保证成品零件的加工精度具有极其重要的作用。在此背景下，研究一种五轴并联机床刀具末端运动位姿自适应控制技术。在五轴并联机床前方布置两个CCD 摄像头作为视觉系统，拍摄关于刀具末端的左右两张图像；在图像预处理、特征点提取与匹配等环节的基础上，求解位姿参数，包括位置三维坐标以及3个姿态数据。以刀具末端运动实际位姿为输入，利用神经网络获取与刀具末端紧密相连的五轴关节角度补偿量。利用PID控制器，通过补偿量计算位姿控制量不断纠正位姿误差，靠近理想位姿。结果表明：应用所提控制方法，与理想位姿之间的平均误差均更小，且平均误差的波动最小，三维位置坐标波动仅在-0.02~0.015、-0.01~0.02、-0.02~0.02 mm之间；横滚角、俯仰角以及方位角波动仅在-0.02°~0.03°、-0.01°~0.04°、-0.02°~0.01°之间，由此说明所提控制方法的精度更高，控制稳定性更高。     

BF-850B立式高速数控机床精度检测及误差补偿研究

机床在加工的过程中会因为物理变形和热变形,使得加工零件的精度难以保证,因此必须对运动中的影响机床精度的误差源进行误差分析及实时补偿。利用激光干涉仪和球杆仪对数控机床定位精度进行检测,并建立了关于机床变形的检测数据的数学模型,确定了定位误差补偿方法,同时以具体的数控机床为例进行了定位精度检测与误差补偿,最后对补偿效果进行了分析。结果表明：该定位误差检测及补偿方法具有可行性与实用性,使数控机床的定位精度得到了显著的提高。