复合数控机床几何误差建模及灵敏度分析北大核心

为了提高复合数控机床的加工精度,研究了机床的几何误差建模及灵敏度分析。以CHD-25型9轴5联动车铣复合数控机床为对象,介绍基于多体系统运动学理论的机床几何误差建模方法,模型涉及37项几何,分别对37项几何误差进行了误差灵敏度分析。通过计算与分析误差灵敏度系数,最终识别出影响机床加工精度的关键性几何误差,为复合数控机床的设计提供有效的理论依据。     

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。     

五轴数控机床的加工精度建模研究北大核心

基于多体理论与齐次坐标变换,对五轴数控机床进行误差分析和加工精度建模。以XKAS2525型五轴双墙龙门数控机床为研究对象,根据机床结构和关键零部件的装配关系,分析机床各项几何误差,建立各个关键零部件的子坐标系和体间特征矩阵,系统完整地建立机床的加工精度模型,为后续的精度设计工作奠定基础。     

五轴数控机床的加工精度建模研究

基于多体理论与齐次坐标变换,对五轴数控机床进行误差分析和加工精度建模。以XKAS2525型五轴双墙龙门数控机床为研究对象,根据机床结构和关键零部件的装配关系,分析机床各项几何误差,建立各个关键零部件的子坐标系和体间特征矩阵,系统完整地建立机床的加工精度模型,为后续的精度设计工作奠定基础。     

数控机床几何与热误差测量和建模研究新进展

几何误差与热误差是影响数控机床空间精度的两类重要误差,误差项多且产生机理复杂,直接影响机床加工质量,因此对其进行建模与分析至关重要。综述了近5年数控机床几何与热误差测量与分析研究的最新进展,总结了现有误差测量和建模方法的特点。几何误差方面重点综述了基于试件在机测量、基于激光跟踪干涉仪测量以及测量可追溯性分析的研究新进展;热误差方面着重总结了丝杠、旋转轴和主轴核心部件的热误差建模新方法。最终系统地分析了机床误差测量与建模现有方法中尚需解决的技术难点,并探讨了未来的发展方向。     

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。     

一种基于新灵敏度指标的五轴数控机床关键几何误差辨识方法

精度设计是提升机床加工精度的有效途径,而准确辨识关键几何误差并为其合理分配权重是实现精度设计的前提条 件,因此,提出了一种识别关键几何误差的灵敏度分析方法。 首先基于多体系统理论建立了机床加工误差模型,并基于该模型 构建了灵敏度分析模型,同时定义了一种新的灵敏度指标。 然后,通过仿真分析明确了第 10、17、22、24 和 37 项几何误差为关 键几何误差,同时实现了对各项几何误差分配权重。 最后,通过补偿关键几何误差和全部几何误差的方式对“ S”形检测试件进 行加工并对比其轮廓度误差,对比结果显示通过两种补偿方式获得的平均轮廓度误差在 3 条检测线上的差值很小,分别为 0. 005、0. 004 和 0. 006 mm,因此证明了提出的灵敏度分析方法的正确性。     

数控内圆复合磨床几何误差建模及灵敏度分析

为提高孔、套筒类零件的加工精度、数控内圆复合磨床的磨削精度和加工效率,明确各误差参数对磨削精度的影响程度,针对某型号的数控内圆复合磨床进行误差分析。基于多体系统理论建立该磨床的拓扑结构,通过计算得到相应的几何误差模型,并对各误差参数进行求导,得到各自的灵敏度表达式,代入磨床结构参数以及检测得到的误差参数后,通过归一化处理可确定各误差参数的灵敏度系数,对灵敏度系数进行排列,并对前几项系数较大的误差进行补偿,为后期的机床加工精度提高奠定了基础。     

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。     

智能型数控机床多误差动态实时补偿系统及其应用

一、引言 影响数控机床加工精度的关键因素中,几何误差和热误差占到总加工误差的70％以上.提高机床的加工精度可以通过设计和制造途径来消除或减少可能的误差源,但是这种靠提高机床制作精度来满足加工精度要求的方法将使得数控机床的成本非常高.本公司研制的智能型数控机床多误差动态实时补偿系统,采用了软件为主并与硬件相结合的系统集成技术,找出数控机床当前各类误差的变化规律,通过误差建模进行多误差的实时预估,并驱动伺服系统实时修正刀具与工件的相对位置,从而抵消了当前成为问题的原始误差.     

超精密五轴机床的几何误差建模和灵敏度分析

基于设计出超精密机床的目的,研究了机床的几何误差建模和误差的灵敏度分析。基于刚体运动学和齐次变换矩阵(Homogeneous Transformation Matrix,HTM)建立了RTTTR配置的超精密五轴机床的几何误差模型,模型涉及37个误差分量。分别对37个误差分量进行了几何误差的灵敏度分析,分析结果将应用于超精密五轴机床的设计与制造上。     

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。     

数控机床误差补偿技术研究

为了减小几何误差对数控机床加工精度的影响,提出了一种基于多体系统理论和激光步进对角线矢量测量法的数控机床几何误差识别新方法。首先建立了基于多体系统理论的数控机床几何误差建模方法。然后介绍了激光步进对角线矢量测量方法。最后对直接传统法和激光矢量对角测量法进行了对比实验,并对数控机床进行了误差补偿实验。结果表明,采用多体系统理论和激光步进对角线法相结合的新方法对几何误差进行识别是可行的,补偿后的机床精度提高了63%。     

五坐标机床误差因素全局灵敏度分析方法研究

国产五坐标机床的加工精度和加工性能是目前机床制造厂商面临的重要难题,零部件几何误差是造成机床加工误差的关键因素之一。首先,利用多体系统运动学理论对机床结构进行抽象描述,推导机床精密加工约束方程及加工误差模型。其次,将基于方差的全局灵敏度分析法引入机床误差分析中,通过蒙特卡洛采样法模拟各项几何误差取值过程,计算各输入变量的灵敏度指标。利用Matlab编写软件,以北一机床XHAV2430×80龙门加工中心的加工误差模型为例进行灵敏度分析,计算影响加工误差的各项机床几何误差源参数的灵敏度指标。最后根据计算结果,获得影响机床加工误差的关键因素。对计算结果进行验证,证明了结果的正确性,为机床加工误差溯源提供重要理论依据。     

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。     

五轴数控机床几何误差建模与分析

基于多体系统基本理论推导出相邻体理想坐标变换以及误差变换矩阵并通过拓扑方法拓展到任一体理想坐标及误差变化公式。进而应用到五轴机床对应的零部件进行机床几何误差建模。最后推导出刀具形成点与工件被加工点的空间位置误差模型。并结合实验探究五轴数控机床37项误差参数对实际运动中的刀具形成点的位置误差影响,为之后的误差补偿和机床精度预测奠定理论基础。     

基于在线最小二乘支持向量机的数控机床热误差建模与补偿

为消除数控机床热误差对加工精度的影响,提出了基于在线最小二乘支持向量机的数控机床热误差建模方法。为构建机床热误差模型,进行了建模实验,采用智能温度传感器与激光位移传感器分别测量机床温度值与主轴热变形量。将获得的数据进行在线最小二乘支持向量机建模训练,构建机床热误差模型。在根据模型得出误差预测值的同时,可以不断根据在线输入的新数据修正热误差模型本身,运算时间短,适用于在线建模。实验结果表明,基于在线最小二乘支持向量机的数控机床热误差建模方法具有精度高、鲁棒性强和计算时间短的特点。在此基础上,根据在线模型进行热误差补差,可有效消除机床热误差影响,提高数控机床的加工精度。     

数控机床几何误差与热误差综合建模及其实时补偿

为提高数控机床的精度,提出一种数控机床的几何与热的复合误差综合建模方法。通过分析机床在不同温度状态下的误差数据,得到机床误差分布规律;根据几何误差和热误差的不同特性进行误差分离,采用多项式拟合与线性拟合方法建立机床几何误差与热误差的综合数学模型;利用数控(Computer numerical control,CNC)系统的外部机床坐标系偏置功能,应用自行研发的综合误差实时补偿系统进行误差在线实时补偿。该误差补偿方法综合考虑机床几何误差及其在机床不同温度下的变化,全面分析整个温升过程直至热稳态的误差及其变化规律。经检测认证表明,应用该误差补偿方法及其实时补偿系统可使机床在常温下的定位误差由44.1μm降低到3.6μm,补偿91.8%;温升之后的定位误差由26.0μm降低到5.1μm,补偿80.4%,大幅度提高机床的精度。     

基于特征样件的五轴加工中心关键误差参数研究

现有的五轴加工中心不能满足特征样件的加工精度要求,误差模型的灵敏度分析可以建立零件几何误差和机床关键误差项的联系,通过改进关键误差项,能够有针对性地提高零件的加工精度。机床的关键误差项会随着加工位置的改变而产生变化,文中根据特征样件的加工情况,选取12个特征位置,研究关键误差项的变化规律。研究结果表明,特征样件在两个加工位置分别对应不同的关键误差项,零件的几何误差受直线导轨的偏转误差影响较大。