数控机床转动轴进给系统轮廓误差分析

在五轴联动数控机床中,转动轴进给系统的动态精度对轮廓误差的影响是不可忽视的。采用不同空间位置上的外形轮廓,对五轴联动数控机床转动轴的联动运动产生的轮廓误差进行分析。在建立转动轴进给系统模型的基础上,利用刀具位置系统到加工系统的转换得到转动轴指令,通过进给系统动态误差模型得到仿真输出指令,再将输出指令从加工系统转换回刀具位置系统,比较刀具位置的偏差,从而得到轮廓误差。找出轮廓误差点与外形轮廓空间位置之间的对应关系,利用这种关系可快速通过轮廓误差来考察转动轴进给系统的动态性能,为机床快速调整和维修提供一种手段。     

基于误差模型的三轴联动加工轨迹预补偿方法

为了减小由于进给系统动态特性造成的多轴联动加工轮廓误差,提出了一种基于轮廓误差模型的三轴联动加工轨迹预补偿方法。首先建立了关于轨迹曲率、加工速率及进给系统动态特性参数的轮廓误差模型;然后根据读取的插补数据,利用轮廓误差模型实时预测三轴联动加工过程中的轮廓误差补偿向量并对加工轨迹指令进行补偿;最后通过对圆、变曲率和螺旋线轨迹的MATLAB仿真和机床加工实验,证明该补偿方法将轮廓误差减小了85%以上,可显著提高数控机床加工精度。     

大型数控铣床转动轴联动误差信息获取方法

由于当前已有方法未能考虑大型数控铣床转动轴误差测试点的分布问题,导致误差信息获取准确率下降,耗时增加.为了有效解决上述问题,提出一种大型数控铣床转动轴联动误差信息获取方法.将大型数控铣床运动部件的误差元素划分两类,分别对直线运动部件和旋转运动部件的两类误差进行数学建模.同时研究大型数控铣床转动轴误差测试点的分布方案,使用基于随机概率的SOM神经网络分类算法对各个测试点进行优化.以此为基础,组建大型数控铣床转动轴联动误差信息获取模型,有效实现大型数控铣床转动轴联动误差信息获取.仿真实验结果表明,所提方法能够有效提升误差信息获取准确率,减少误差信息获取耗时.     

大型数控铣床转动轴联动误差信息获取方法

由于当前已有方法未能考虑大型数控铣床转动轴误差测试点的分布问题,导致误差信息获取准确率下降,耗时增加.为了有效解决上述问题,提出一种大型数控铣床转动轴联动误差信息获取方法.将大型数控铣床运动部件的误差元素划分两类,分别对直线运动部件和旋转运动部件的两类误差进行数学建模.同时研究大型数控铣床转动轴误差测试点的分布方案,使用基于随机概率的SOM神经网络分类算法对各个测试点进行优化.以此为基础,组建大型数控铣床转动轴联动误差信息获取模型,有效实现大型数控铣床转动轴联动误差信息获取.仿真实验结果表明,所提方法能够有效提升误差信息获取准确率,减少误差信息获取耗时.     

大型数控铣床转动轴联动误差信息获取方法

由于当前已有方法未能考虑大型数控铣床转动轴误差测试点的分布问题,导致误差信息获取准确率下降,耗时增加.为了有效解决上述问题,提出一种大型数控铣床转动轴联动误差信息获取方法.将大型数控铣床运动部件的误差元素划分两类,分别对直线运动部件和旋转运动部件的两类误差进行数学建模.同时研究大型数控铣床转动轴误差测试点的分布方案,使用基于随机概率的SOM神经网络分类算法对各个测试点进行优化.以此为基础,组建大型数控铣床转动轴联动误差信息获取模型,有效实现大型数控铣床转动轴联动误差信息获取.仿真实验结果表明,所提方法能够有效提升误差信息获取准确率,减少误差信息获取耗时.     

大型数控铣床转动轴联动误差信息获取方法

由于当前已有方法未能考虑大型数控铣床转动轴误差测试点的分布问题,导致误差信息获取准确率下降,耗时增加.为了有效解决上述问题,提出一种大型数控铣床转动轴联动误差信息获取方法.将大型数控铣床运动部件的误差元素划分两类,分别对直线运动部件和旋转运动部件的两类误差进行数学建模.同时研究大型数控铣床转动轴误差测试点的分布方案,使用基于随机概率的SOM神经网络分类算法对各个测试点进行优化.以此为基础,组建大型数控铣床转动轴联动误差信息获取模型,有效实现大型数控铣床转动轴联动误差信息获取.仿真实验结果表明,所提方法能够有效提升误差信息获取准确率,减少误差信息获取耗时.     

三轴数控铣负角加工技术应用

<正>在汽车模具设计与制造中,存在很多负角曲面需要加工,此类曲面在五轴联动数控铣床上进行加工较为理想,而大型龙门五轴联动数控铣床的市场加工费用约为1000元/小时。利用鼓形刀的特性解决负角加工难题后,在三轴龙门数控铣床上就能实     

不同指令轨迹条件下滚珠丝杠进给系统运动精度特性研究

滚珠丝杠进给系统是高档数控机床重要部件,其运动精度决定了多轴联动加工机床的加工精度,在高速、高精度滚珠丝杠进给系统中,其指令轨迹参数是影响运动精度的重要因素。基于Simulink和Simscape搭建滚珠丝杠进给系统半物理机电耦合仿真模型,考虑不同指令轨迹参数,开展运动精度仿真及分析。结果显示,指令轨迹的位置、速度和加速度等参数对滚珠丝杠进给系统运动精度有重要影响,因此,在多轴联动加工机床中,合理规划进给系统轨迹参数对于提高其运动精度具有重要意义。     

五轴联动数控加工中的刀具轨迹控制算法

已有的五轴联动数控加工系统往往忽略刀轴矢量插补问题,只是简单地通过对线性轴进行插补、对旋转轴进行跟随的方式来实现刀具轨迹的控制,导致产生非线性误差和刀具碰撞与干涉等问题。为此,提出一种基于刀轴矢量插补的刀具轨迹控制算法。该算法采用大圆弧插补法对加工过程中的刀轴矢量进行控制,同时采用NURBS曲线拟合方法对控制过程中产生的中间点进行处理,并通过对拟合而成的NURBS曲线进行插补来实时计算各运动轴的位置。该算法不仅能够有效地提高五轴联动数控加工的精度,而且可以有效减小数据存储量。仿真和实际加工验证了算法的有效性和实用性,证明算法具有轨迹过渡平稳、非线性误差小的特点。     

五轴联动数控龙门铣床的有限元分析与优化设计

五轴联动数控龙门铣床是现代加工大型工件的一种机床,它能使工件在一次装夹下,进行多工序加工,从而可提高生产率3～4倍,并能使工件获得很高的加工精度和表面质量。在五轴联动数控龙门铣床中,横梁、床身、立柱等是最为重要的大件,人们总是希望在刚度满足要求的前提下尽量减轻其重量。同时,横梁等大件的动态特性尤其是低阶模态是影响机床性能的关键因素,因此有必要对横梁等大件进行分析和优化设计。     

空间凸轮廓面侧铣加工及最小二乘优化刀位方法

通过对空间凸轮非等价加工方式下理论刀轴轨迹曲面微分几何特性的研究，表明加工空间凸轮工作廓面必然存在法矢异向误差。为寻求加工误差最小的最佳刀轴矢量，提出了数控侧铣加工空间凸轮廓面的方法。根据实际刀轴轨迹面是直纹面的性质，以NURBS直纹面重构理论刀轴轨迹面，采用最小二乘优化方法确定侧铣加工刀位，给出了理论加工误差模型，并通过实例的数值计算和加工实验结果证明了该方法的有效性。     

基于遗传算法的多主轴头加工空行程轨迹规划

针对多主轴头五轴机床加工时需手动规划空行程的问题,提出一种空行程轨迹自动规划方法。在机床运动学建模的基础上,针对刀位点轨迹和刀轴矢量,分别提出基于最短路径的刀位点轨迹规划和无碰撞刀轴矢量规划,将空行程规划问题转化为参数优化问题。为了简化碰撞检测,提出两级相交检测算法。通过加权系数法建立空行程规划的目标函数,并采用遗传算法求解,规划出一条无碰撞、运动时间最短、旋转轴角度变化量最小、末端轨迹最短的具有柔性的理想轨迹。在Vericut建立的仿真平台上,验证了该方法的可行性和有效性。所提方法具有拓展性,通过多次分解轨迹求取棱交点能够实现复杂工件的空行程规划。     

基于人工鱼群和粒子群优化混合算法的侧铣刀轴轨迹规划

针对圆锥刀侧铣加工非可展直纹面的刀轴轨迹规划问题,采用两点偏置法确定初始刀轴矢量,为评价单个刀位,提出了单刀位下的误差度量函数,即刀轴上各点到非可展直纹面的距离与对应各点到圆锥面的距离差值的平方和最小。为解决每个刀位下的位姿寻优问题,提出了基于人工鱼群（AFS）和粒子群优化（PSO）混合算法的优化方案。仿真结果表明,所提方法在单刀位下的优化过程简单,结果精度高,优化后位姿集合形成的刀具包络误差小。     

Dynamic and geometric error assessment of an XYC axis subset on five-axis high-speed machine tools using programmed end point constraint measurements

This paper presents a technique for assessing the volumetric errors on a five-axis machine tool for motion involving two linear axes and one rotary axis at selected feed rates using data from two sources. The first source of data is obtained through a programmed end point constraint procedure with measurement of the 3D volumetric positioning errors between a point on the tool holder and another fixed to the machine table reference frame. The tests involve maintaining the nominal coincidence of these two points whilst exercising the three axes. The second source of data is the position feedback signal from the encoder provided by the machine controller. Tests were carried out at low and high feed rates to evaluate the effect of geometric and dynamic errors. Polynomial functions are used to represent and then predict the geometric errors. The predicted geometric errors are then added to the dynamic errors provided by the servo errors from position feedback signals and propagated to the tool centre point and are compared with the measured volumetric errors. It shows that the influence of the geometric errors are dominant at low feed, whereas the effects of the servo errors of the linear axes become dominant as the feed increases, reaching 80% of the total error at a feed of 10,000 mm/min.     

五轴数控机床进给系统刚度对自由曲面轮廓误差影响机理研究

五轴数控机床进给系统组成结构复杂,特别是在复杂曲面加工过程中其动态刚度不断发生变化,成为制约其加工精度的主要因素。研究过程中以五轴机床运动产生的弹性变形为出发点,建立了A/C双摆头机床进给系统动力学模型,推导了因进给系统弹性变形导致的轮廓加工误差,并基于一种新型的自由曲面检验试件,给出了其数控加工过程的运动控制策略,分析了轮廓度误差与试件曲率间的关系,得到了数控机床进给系统刚度特性对自由曲面轮廓误差的影响机理,最后在机床上进行了切削验证。上述研究成果有助于完成复杂曲面加工过程中机床工作性能评估,为利用检验试件分析机床动态刚度特性提供了原理性支持。     

转台-摆头式五轴机床几何误差测量及辨识

为降低转动轴几何误差对转台-摆头式五轴机床精度的影响,提出了基于球杆仪的位置无关几何误差测量和辨识方法。基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了转台-摆头式五轴机床位置无关几何误差模型,依据旋转轴不同运动状态下的几何误差影响因素建立基于圆轨迹的四种测量模式,并实现10项位置无关几何误差的辨识。利用所建立的几何误差模型进行数值模拟,确定转动轴的10项位置无关几何误差对测量轨迹的影响。最后,采用误差补偿的形式实验验证所提出的测量及辨识方法的有效性,将位置无关几何误差补偿前后的测量轨迹进行比较。误差补偿后10项位置无关几何误差的平均补偿率为70.4%,最大补偿率达到88.4%,实验结果表明所提出的建模和辨识方法可用于转台-摆头式五轴机床转动轴精度检测,同时可为机床精度评价及几何精度提升提供依据。     

基于显式有限元的转子不平衡与轴承故障耦合分析

为分析转子不平衡与轴承故障耦合振动特征及产生机理,在对转子不平衡与轴承故障耦合状态下受力分析的基础上,基于虚位移原理的增广拉格朗日法建立轴承运动控制方程,运用LS-DYNA建立转子-轴承系统二维显式动力学有限元模型,分析了故障耦合状态下轴承振动加速度、转子轴心运动轨迹,探明了转子不平衡-轴承缺陷耦合故障冲击响应特征及转...     

圆锥刀侧铣非可展直纹面刀轴轨迹规划的特征线方法

针对圆锥刀侧铣加工非可展直纹面中复杂的刀轴轨迹规划问题,提出一种直观简便的刀轴轨迹生成方法。利用圆锥面的性质,给出法向映射曲线的定义即刀具轴线上诸点在设计曲面上的法向投影点的集合,将刀具包络面向设计曲面的逼近问题转化为每个刀位下法向映射曲线与特征线的最小二乘逼近问题,并给出刀具包络面尚未形成时单刀位下理想特征线的生成方法。用两点偏置法生成初始刀位,以此为基准,利用刚体运动学方法将刀轴位姿描述为3个回转与3个平移运动参数的函数,从而建立单刀位优化条件与6个运动参数的非显性的函数关系。采用拉丁超立方的试验设计方法求解,分析并优选计算过程中的影响因素,得到最优刀位,进而获得优化后的刀轴轨迹面。实例计算可知,刀轴优化后的包络误差显著降低,并且计算结果稳定。该方法可为非可展直纹面的圆锥刀侧铣加工提供一定的理论依据。     

NC simulation with dynamic errors due to high-speed motion

Traditional NC simulation has not always considered dynamic contouring errors in machining when simulating a tool path. For instance, if the feed rate is high, the effect of dynamic machining errors will be apparent on the work piece, but traditional NC simulation does not account for the dynamic errors at all. Due to the increasing demand of reducing product cycle time, high-speed machining of dies and moulds are becoming more and more popular. Under high-speed motion, over-cut or gouging can easily occur even when traditional NC simulation proves that the NC path is correct. Therefore, it is of significance to be able to predict dynamic machining errors in NC simulation before the part is machined, especially under high-speed motion. This paper presents the simulation of NC machining with dynamic contouring errors under high-speed motion. By adding dynamic error models to a simulation, the errors can be clearly displayed on a Z-map model. Hence, it becomes possible to predict under what conditions dynamic errors may occur. Comparing the Z-map model after simulation with the CAD model also makes it possible to find where the dynamic errors occur. This will also allow us to obtain useful information to determine where and when to change the feed rate in order to meet the accuracy requirement.