五轴联动数控机床技术现状与发展趋势

介绍五轴联动数控机床在工业加工中的优势和重要性,从国内、国外两个方面阐述目前五轴联动数控机床发展的现状,最后从目前机床工业发展动态出发展望五轴联动数控机床的发展趋势。     

五轴联动数控机床的结构和应用

介绍了五轴联动数控机床的几种结构及其特点和发展趋势;阐述了几种五轴联动机床加工的加工造型、编程（CAD／CAM系统）及其优缺点;详细描述了五轴联动数控机床对数控系统的要求及四开公司五轴联动数控系统的关键参数;列举了四开公司历年来参展的五轴联动数控机床及现场加工工件的情况。     

五轴ROTO精度检测与调整

1.摇篮式双转台五轴数控机床的基本结构 与三轴数控机床相比,五轴数控机床具有旋转控制轴,由于旋转控制轴形式与配置的不同,使得五轴联动数控机床的结构形式与种类多种多样。尽管五轴联动数控机床的结构多种多样,但其配置不外乎是三个直线坐标和两个转动坐标的组合。     

基于四轴联动摆线齿锥齿轮切齿加工及试验验证

分析了摆线齿锥齿轮的加工原理,介绍了五轴四联动摆线齿锥齿轮数控机床的工作方式和特点,提出了基于四轴联动加工摆线齿锥齿轮的可行性并做了分析。通过分析五轴四联动数控机床与传统机械式机床数学模型的区别,为两种机床的加工方式做了等效转换,得到了在五轴四联动数控机床上加工出摆线齿锥齿轮的齿面方程。分析了机床各个联动轴的实时运动坐标关系,得到任意时刻各个联动轴在五轴四联动数控机床上的坐标。通过切齿加工和滚检试验,得到了较为理想的接触区。验证了基于四轴联动加工摆线齿锥齿轮理论的正确性,并为国内弧齿锥齿轮加工设备的自主研发提供了理论支持。     

维纳斯雕像在五轴数控加工中的实现

介绍了利用转台+摆头式五轴联动数控机床加工维纳斯雕像的模型,加工的曲面复杂,精度高,程序量大。案例结合四开多轴数控系统在五轴联动机床方面的加工应用,突出体现五轴联动数控机床在实践加工中的优势(一次装卡,五个面全部加工完成)。     

五轴联动数控技术的加工案例

介绍了利用转台+摆头式五轴联动数控机床加工一个汽车模型,加工的曲面复杂,精度高,程序量大.案例结合四开多轴数控系统在五轴联动机床方面的加工应用,突出体现五轴联动数控机床在实际加工中的优势(一次装卡,5个面全部加工完成).     

五轴头技术水平分析及关键技术

五轴头在五轴联动数控机床中是第一关键部件,也是五轴数控机床制造企业市场竞争的焦点之一。它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体,应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。五轴联动数控机床是发电、船舶、航空航天、模具和高精密仪器等民用和军工迫切需要的关键加工设备。在有些国外厂商的产品售价中,五轴头占有率高达30%。     

数控机床五轴联动—双轴回转工作台的研究与开发

笔者在三轴联动普通数控机床的工作台上方增设了一个绕两轴旋转的数控回转工作台——双轴回转工作台,可将原有的一台三轴联动的普通数控机床改造成为一台五轴联动的多用途数控机床。改造现有三轴联动的普通数控机床,具有投资少、见较快、不影响原有直线和斜线的加工精度以及适应更复杂的曲面和球形零件的加工等优点,并扩大了机床加工范围。     

中场链接

我国数控机床技术离 世界先进水平还有多远? 近年来,我国数控机床产品的快速发展引起国内外关注。其中,多轴、调整、复合型数控机床格外引人注目。 五轴(及以上)联动数控机床 五轴(及以上)联动数控机床是现代国防工业急需的战略性装备,也是制造现代模具的基础装备,一直被西方某些大国列为对我禁运的战略物资。1999年,江苏多梭机床公司率先推出我国第一台五轴联动龙门加工中心。接着,北京第一机床厂于2000年,     

五轴联动数控机床动态性能仿真平台的建立与分析

通过对五轴联动数控铣床系统进行分析,建立起数控机床伺服系统带负载时的动态性能模型,推导出其控制流程图,设计开发出五轴联动数控机床伺服系统动态性能的仿真平台,然后对平台进行验证分析,以所研制的五坐标卧式加工中心其转台伺服轴为验证对象,对其速度环利用动态性能平台进行优化,分析结果,从而对五轴联动数控机床伺服系统仿真平台实用性能进行验证,迅速地为数控机床伺服系统的调试提供可靠依据,实现了高速度、高精度数控机床伺服控制的要求。     

[误差建模及精度保证方法]几何误差贡献值影响下五轴数控机床运动轴误差灵敏度分析方法

针对现有误差元素灵敏度分析与后续误差补偿关联性不强的问题,建立运动轴几何误差贡献值模型并提出运动轴几何误差灵敏度分析方法,以获得本身几何误差对机床精度有很大影响的关键运动轴。结合指数积理论和坐标系微分运动理论建立基于误差敏感矩阵的运动轴几何误差贡献值模型,各运动轴几何误差贡献值相加得到机床综合误差模型;计算各运动轴误差权重分量和误差综合权重实现运动轴误差灵敏度分析,选择误差综合权重平均值最大的运动轴为机床关键运动轴,并对关键运动轴的误差补偿方法进行分析讨论。最后,在北京精雕集团的五轴加工中心上进行仿真实验验证。研究结果表明：所建立模型和所提出分析方法是有效的,且只补偿关键运动轴的几何误差贡献值能有效地提高五轴机床加工精度。     

虚拟制造环境下数控机床的摩擦动力学建模与仿真

利用Pro/E建立三轴数控铣床的虚拟模型,以最简化原则建立运动副坐标系,对机床结构进行分析,根据Karnopp模型建立虚拟环境下任意三轴数控机床的摩擦动力学模型,并结合ADAMS软件对XH-714型三轴数控铣床的圆周运动进行仿真分析,验证在加工过程中摩擦非线性对数控机床进给系统加工精度的影响。     

基于PCI总线四轴运动控制卡的设计与研究

介绍了基于PCI总线的四轴运动控制卡的设计,该卡采用PCI9052作为PCI接口芯片,以PCL5023控制运动轨迹,利用WinDriver编写其驱动程序。着重从硬件设计、EEPROM设置、运动功能实现、板卡调试等方面进行了详细说明,也对运动控制卡的驱动程序的编写和驱动程序打包发布作了一定的说明。该卡已成功应用在数控系统中,运行良好。     

双转台五坐标机床RTCP功能的研究

五轴加工中由于旋转运动的影响,会产生非线性误差.RTCP(绕刀具中心点旋转)功能可使数控系统自动对旋转轴的运动进行实时线性补偿,从而保证插补点始终位于编程轨迹上.在深入分析双转台五坐标机床运动原理的基础上,介绍了一种集成RTCP功能的插补算法,并在MATLAB中做了仿真计算.计算结果表明该算法可以有效减小非线性误差.     

面向航空装配六自由度钻铣机的误差分析

介绍了面向航空连接装配的数控钻铣机设计及其误差相关技术研究。采用机器人学对数控钻铣机进行运动分析;通过分析四个移动轴滚珠丝杠误差得出移动轴坐标变换,并结合谐波减速器传动误差进行建模,最终得出六自由度的几何误差综合模型;利用该模型,对钻铣机整体进行精度分析,最终得到相关零件的制造精度及装配精度,对每个关节的公差进行优化分配,使得设计经济合理,减小加工制造成本,并为后期的误差补偿打好基础。     

Applications of integrated motion controllers for precise CNC machines

The error resources of precise motion control systems are basically categorized into linear and nonlinear effects. To realize the precise motion of industrial computer numerical control (CNC) machines, this paper presents an integrated motion control structure with modular algorithms, including both the linear control and the nonlinear compensation. In the linear control design, this study applies three algorithms: (1) feedforward control to address the tracking errors, (2) cross-coupled control to reduce the contouring errors, and (3) digital disturbance observer to lessen the effects of modeling errors and disturbances in real applications. The results indicate that the linear motion controller achieves greatly improved accuracy in both tracking and contouring by reducing the servo lags and mismatched dynamics of the different axes. However, the adverse effect due to friction still exists and cannot be eliminated by applying the linear motion controller only. This study further integrates the nonlinear compensator and develops friction estimation and compensation rules for CNC machines. The digital signal processors are suitable to implement all the developed linear and nonlinear algorithms, and the present controllers have been successfully applied to industrial CNC machines. Experimental results on a vertical machining center indicate that, under different feed rates, the CNC machine with the integrated motion controller significantly reduces the maximum contouring error by 135% on average.     

数控磨削回转面刀具时机床联动轴数的确定

根据回转面刀槽螺旋面的成形原理 ,阐释了回转面刀具数控磨削成形的过程实质上就是控制每一瞬时砂轮几何体与工件几何体在空间的相对位姿和相对运动趋势的过程 ;分析了砂轮平动型和砂轮摆动型CNC工具磨床的运动形式 ,讨论了机床联动轴数的确定原则并给出了计算实例     

六轴联动电火花加工数控系统的研究

为了解决六轴联动电火花加工数控系统软硬件的设计难题，以可编程多轴控制器为运动控制器，提出了基于开放式体系结构进行六轴联动电火花加工数控系统的硬件体系结构。为了提高软件系统中与加工过程密切相关的实时任务的实时性能，基于实时Linux操作系统，实现了数控系统软件中的运动控制任务和放电状态检测任务等实时性要求较强的任务。此外，还进行了Linux平台上可编程多轴控制器的设备驱动程序、数控代码解释模块、图形用户界面和工艺数据库的设计。该系统能很好地解决六轴联动电火花机床运动控制精度要求较高、需要控制的轴数较多等设计难点。     

Pitch deviation measurement and analysis of curve-face gear pair

The curve-face gear pair is proposed as a new type of gear pair which was put forward in recent years. It can achieve variable ratio transmission of motion and power between the intersection axes. In the matter of the inspection of the pitch deviations of this gear pair, there is no practical possibility for a reliable metrological traceability to national or international measurement standards can be provided. Hence, a new method was proposed in this article, which was based on the CNC gear measuring center, aimed at the gear artefacts processed by the five-axis machining center. With the coordinate data which were obtained by the gear measuring center, the pitch deviations of the gear pair were obtained. In addition, based on the values of the pitch deviations, the angular deviations of curve-face gear pair can be worked out, and the results turn out that the measurement method is feasible.     

齿轮切削加工CNC系统

介绍一种结构全新、适用于齿轮加工（滚削、磨削和插削）的CNC系统。该数控系统采用了同步锁相、电子差动合成及参数自动编程三项新技术。同时，在开发成功硬件基本模板的基础上，获得了一种灵活的硬件结构。用控制逻辑编程的方法，可调整信号传输途径，实现齿轮加工所需要的各种运动关系。系统的最大联动坐标数达到五个，且有两种不同的联动结构供选择。