卧式加工中心双驱Z轴装配体几何误差分析

为了量化和识别出零部件制造和装配过程中制约机床精度的关键几何误差项,基于雅克比旋量模型对卧式加工中心的双驱Z轴的装配几何误差建模进行研究,合并平行度和直线度的公差带区域,确定尺寸和几何公差约束下的几何要素的变动和约束方程,建立含有约束条件的误差模型,将模型仿真数据与相似条件下的实测机床误差数据进行对比验证,最后采用Sobol方法进行几何误差敏感性分析。结果表明:雅可比旋量模型可以有效地定量分析机床几何误差分析,丝杠导程误差、床身平面度、导轨Y向的直线度和运行平行度是影响双驱Z轴运动精度的关键误差项,部分误差项间的耦合作用明显。研究结果有助于辨识影响机床精度的关键误差项,为卧式加工中心双驱Z轴的几何误差分配和补偿调整提供理论依据,建模方法适用于多种装配过程。     

虚拟齿轮测量中心的几何运动误差建模及其对测量效应的分析

为了研究误差对测量结果的影响,在虚拟齿轮测量中心建立误差模块,根据测量渐开线样板的结果进行评定.研究结果表明:将振幅为4μm、圆频率为0.9rad/mm的运动误差值叠加到虚拟齿轮测量中心运动模块中,渐开线样板齿形误差和形状偏差的增量小于1μm,斜率偏差不变,不影响测量精度;将同样大小的几何误差叠加到虚拟齿轮测量中心会直接影响测量结果,且测量结果与给定的正弦函数规律一致.     

串并混联机床几何误差建模与实验

以多体系统理论为基础,研究了串并混联机床的几何误差。考虑各运动轴的定位误差、直线度误差、角度误差以及垂直度误差的综合作用,提出一种机床综合误差建模方法。通过对该机床各部件拓扑结构进行抽象化描述,推导出混联机床两相邻体间相对运动的特征矩阵,建立了混联机床的整机综合误差模型。利用激光干涉仪对X、Y轴多项几何误差进行测量,并将测得的几何误差带入综合误差模型。通过分析所测的各项几何误差以及综合误差分布和演变规律发现:X、Y轴定位误差对整机综合误差的影响最大,直线度误差次之,角度误差影响最小;在精度要求不高的情况下,角度误差对综合误差的影响可忽略。     

五轴机床误差建模与补偿解析新算法

为了建立合理的五轴数控机床综合误差补偿模型,基于机床各部件为刚体联接的假设下,简化了机床运动学约束拓扑关系,本文提出了基于多刚体动力学的综合误差理论模型,并对误差分量进行分析,建立了误差参数表。机床热误差测量点分布离散且采样数据量大,结合灰色综合关联度算法,将离散点数据表征其关联关系,并拟合出各轴热误差量曲线,建立了机床热误差预测模型。综合机床各轴热误差产生的机理,定义了针对主轴热误差和进给轴热误差的新型测量法—5点测量法和6点测量法,大量实验证明理论预测辨识模型曲线与实验结果一致,残差范围在0~12um之间。基于机床误差线性叠加假设,将机床几何误差和热误差统一建模,提出了新型综合误差补偿模型。将此补偿模型用SIMEMS840D数控系统中的PMC单元开发实时补偿软件,大量实验表明某五轴数控机床的加工精度有了显著的提高,完成补偿后误差变化量在 0~29μm之内。     

刮板输送机直线度误差预测模型

为了实现刮板输送机直线度误差的准确预测,本文根据刮板输送机调直要求,利用给定方向上的直线度误差提出了刮板输送机直线度评定方法,发现了刮板输送机直线度误差为综采工作面所有推溜点样本的极差.基于极差理论建立了刮板输送机直线度误差预测模型,该模型可预测直线度误差的平均值、标准差及其波动范围,通过与调直数值仿真结果对比,证明了该模型的正确性和准确性.结果表明：随着推溜误差和检测误差的标准差的增大,刮板输送机直线度误差及其波动范围逐渐增大.刮板输送机直线度误差随推溜点数逐渐增大,但直线度误差波动范围逐渐减小.利用现场试验数据验证了所建立的直线度误差预测模型,刮板输送机调直后直线度误差平均值和波动范围的预测结果与现场试验结果较为接近.根据液压支架推溜误差和刮板输送机直线度控制目标,可以确定采煤机惯性导航定位系统的技术指标.液压支架推溜误差的标准差为10 mm时,刮板输送机直线度误差无法控制在50 mm以内.当刮板输送机直线度误差分别在100,200,300和400 mm以内时,采煤机惯性导航定位系统的标准差应分别不大于9.135,25.176,39.384和53.248 mm.     

五轴机床旋转轴几何误差分析与补偿

五轴机床旋转轴之间装配所导致的位置无关几何误差（PIGEs—Position independent geometric error）是决定机床精度的关键因素,如何量化PIGEs对位姿精度的影响程度以及误差项之间的耦合作用强弱,从而合理地确定补偿值的权重系数是目前机床误差补偿技术所关注的热点问题。为降低五轴机床装配导致的PIGEs对机床精度的影响,首先,基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了混合式五轴机床几何误差综合模型,表征了空间误差向量与几何误差项之间的映射关系。其次,考虑几何误差的分布特性,引入Morris全局灵敏度分析方法量化几何误差的作用效果及误差参数间的耦合强弱,通过灰色关联度分析表征误差的敏感性系数与位置向量、姿态向量间的关联程度,基于分析结果确定位置无关几何误差补偿值的权重系数。最后,以摆头-转台为特征的混合式五轴机床为例,进行基于球杆仪(DBB-Double ball bar)的几何误差测量辨识实验,利用辨识值进行虚拟圆锥台轨迹测量、误差补偿和复杂曲面零件加工实验。结果显示：十项几何误差对姿态误差的直接作用效果最为明显,利用基于敏感性分析的修正补偿值进行误差补偿后,虚拟圆锥台测量轨迹的半径偏差减小了65.1%,圆度误差降低了58.8%。基于误差分析实施误差补偿后,“S”型工件的轮廓精度平均提升了49.9%,误差补偿结果验证了误差分析结果的准确性和有效性。     

研磨机床几何误差对金刚石刀面粗糙度的影响

为探究研磨机床几何误差对金刚石刀具后刀面粗糙度的影响规律,建立研磨机床精度与刀具后刀面表面轮廓的数学模型. 借助多体系统理论对研磨机床的误差传递进行建模;基于样条滤波算法建立机床误差与刀具后刀面粗糙度之间的定量关系;分析主轴、摆轴的端面和径向跳动误差以及往复轴的直线度误差对刀具后刀面粗糙度的影响规律. 结果表明:主轴、摆轴和往复轴几何运动误差对刀具后刀面粗糙度的影响占比分别为98.18%、1.59%和0.23%;主轴的端面和径向跳动误差是影响后刀面粗糙度的主要因素,研究结果为研磨机床的设计制造与金刚石刀具研磨工艺的优化提供理论指导.     

基于RBF神经网络的接触测量预行程误差预测

针对接触式测量中众多影响因素与测头预行程误差变化之间的非线性映射关系,提出基于径向基函数神经网络的预行程误差预测新方法。对RBF神经网络结构进行改进并建立预测模型,从理论上证明该方法能克服预测过程中网络容易陷入局部极小的问题,并可满足预行程误差预测高精度、高速度的性能要求。     

机床空间位置误差平面光栅测量补偿及实验验证

针对三坐标立式加工中心的21项几何误差,作者提出了利用平面正交光栅检测机床空间位置误差的方法,并建立了机床空间位置误差与几何误差的关系模型;其次,提出了人工神经网络机床空间位置误差离线补偿的数学模型;最后,通过机床误差测量实验和对实验数据的可视化处理,验证了该方法在机床误差补偿应用中的可行性,为机床位置误差的补偿提供了新思路.     

直线度测量中一种新的数据处理法

在分析传统方法处理用自准直、合象水平仪测量导轨等平面直线度误差的数据易产生偏差的原因的基础上,提出了一种新的相对值取法。该法简化了繁琐的处理步骤,提高了测量值的准确度。     

四轴抛光平台综合误差建模及分析

针对两个直线电机驱动的以气浮平台和两个旋转台为主要运动单元的四轴抛光系统,利用多体系统理论,建立了同时考虑位置误差和方向误差的综合误差模型。运用激光干涉仪对气浮平台各单项几何误差和旋转台的定位误差进行测量。对测量结果分析发现,气浮平台定位误差没有明显的线性增加或减小的趋势,竖直直线度大于定位误差和水平直线度,与传统滚珠丝杠驱动的运动平台误差相比有很大的不同。通过将试验与理论相结合的定量研究,得到了在气浮平台单项几何误差及其相互之间的垂直度误差共同影响下的两轴联动工况下综合误差的位置和方向分量,发现气浮平台综合误差竖直方向的分量很显著,揭示了气浮平台产生几何误差的原因,为抛光平台的几何误差补偿提供了理论依据。     

基于样件测试法的五轴机床误差辨识方法

为了提高五轴机床误差模型的预测能力,提出一种基于样件测试法的五轴机床误差间接测量方法,并完成了阶梯轴样件的优化设计.通过对机床空间误差模型进行反求,建立样件加工误差与机床不同误差项之间的函数解析关系,进而得到了机床不同加工状态的动态误差.通过试验验证了该方法的可靠性.结果表明:该方法与激光测量结果吻合较好,可以提高五轴...     

纳米三坐标测量机的误差分析与分离

针对所研制的纳米三坐标测量机的具体结构,运用现代精度保障理论和技术,结合动、静力学相关知识,进行了纳米量级水平的误差源全面分析,对各误差的表现形式和影响进行了详细的描述,为后续的误差分配和结构优化设计打下基础。根据纳米坐标测量机的精确环境要求和所研制的纳米三坐标测量机结构、误差分布特征和精度要求,利用微型三光束平面干涉仪,设计了相关的支架组成了误差分离实验装置,实现标准量示值误差、导轨直线度线值误差和俯仰、偏摆和滚转误差的一次性分离,减小激光干涉仪发热、振动等外界环境因素对测量机误差的影响,同时避免了使用单一功能的仪器分次非实时测量带来的附加误差。实际分离实验结果验证了误差分离实验装置的有效性与可靠性。     

基于新陈代谢原理的机床热误差伪滞后建模

为了建立预测精度高、泛化性能强的热误差预测模型,提出了一种基于新陈代谢原理的热误差伪滞后预测模型.通过实验研究发现了机床的伪滞后现象,并假设热误差是前一时刻关键点的温升及热误差共同作用的结果,求解出了机床的热关键点及典型工况下的热误差平均滞后时间.并利用遗传算法优化了最小二乘支持向量机的结构参数,基于新陈代谢原理对热误差进行迭代求解,从而建立了机床的热误差伪滞后预测模型.通过对比不同预测模型的预测结果,证明了假设的正确性,并且考虑伪滞后效应的预测模型的预测精度更高、泛化性能更好,能将不同转速的热误差降低90%以上.     

基于齐次坐标变换的制造误差建模研究

为了在产品公差设计时考虑制造几何变动,将CAD模型中零件模型及其特征用点集形式表示.采用机器人运动学中的齐次坐标变换来描述工艺系统各组成部分的空间位姿关系,建立了工艺系统各组件的几何误差累积模型.将制造过程看作是刀具轨迹形成的点集更新被加工零件点集的过程,加工后零件点集组成了新的齐次坐标矩阵,该矩阵包含了零件的制造几何变动信息.采用Monte-Carlo仿真研究了特征面制造几何变动, 实现了基于CAD环境的制造过程模拟和制造误差传递分析,从而可在公差设计阶段就考虑制造几何变动,实现了公差并行设计.     

一种基于光楔干涉的激光准直系统

介绍了一种基于光楔干涉的激光准直系统：利用氦氖激光经准直、扩束后投射到固定在接收靶上的楔形光学平板上,产生的干涉条纹由光电传感器检测;将接收靶沿被测导轨移动,如果导轨有直线度误差,则接收靶过桥与导轨的接触点所形成的直线角度发生变化,这样干涉条纹就会发生移动;将光电传感器检测得到的干涉条纹移动量送入单片机系统,采用软件细分的方法,得到被测点相对于准直光束的偏移量。最后对该系统进行了对比与重复性实验。实验表明：用本套装置检测长度为40m的长导轨,直线度误差仅为674．961μm。     

三轴数控机床几何误差参数辨识与补偿

采用九线法对三轴数控机床误差参数进行辨识,介绍了激光干涉仪的测量原理,利用Renisaw ML10激光干涉仪对机床几何误差进行测量,结合具体机床,准确建立了误差补偿的数学模型,利用补偿软件实现了误差补偿,显著地提高了数控机床的加工精度．     

基于最小二乘支持向量机的数控机床热误差预测

为实现数控机床热误差的补偿控制,提出基于最小二乘支持向量机进行数控机床热误差建模预测的方法.根据最小二乘支持向量机回归预测的原理,优化选择最小二乘支持向量机参数,对数控车床热误差进行最小二乘支持向量机建模.通过测量数控车床主轴温升值与主轴热变形量,将获得的数据进行最小二乘支持向量机建模训练,以建立机床热误差预测模型.实验结果表明,该模型能有效描述热动态误差,与最小二乘法建模进行比较,结果显示,基于最小二乘支持向量机的数控机床热误差预测模型精度高、泛化能力强;采用最小二乘支持向量机得到的预测模型可用于数控机床热误差实时补偿,以提高机床的加工精度.     

数控装备误差补偿关键技术研究

制造业虚拟工厂模式可以降本增效、优化服务质量,是应对全球化激烈竞争的不二选择。在该模式下,为不断提升产品质量,主要研究与之生产过程相关的数控装备精度提升关键技术即误差补偿关键技术,具体包括误差源分析、误差建模、误差测量及误差数据处理。由此,以五轴机床为数控装备的代表,找出了影响其精度的45项几何误差;并通过误差建模,构建了这45项误差与五轴机床系统总误差的关系;其次,根据五轴机床误差特性,构建了测量系统,并证实了该系统的有效性;最后,针对测量数据,展开误差处理分析,解决了非测量节点数据问题,同时大幅降低了数据量信息,为快速有效地进行误差补偿奠定了数据基础。     

基于支持向量机的五轴数控机床加工精度预测方法

为了有效减小五轴数控机床加工精度测量误差值,提高预测精度,提出基于支持向量机的五轴数控机床加工精度预测方法。通过提取五轴数控机床特征,掌握每个部件的特性,基于支持向量机构建加工精度预测模型,采用粒子群优化算法计算五轴数控机床的几何误差,获取最优的粒子速度,实现五轴数控机床加工精度预测。实验结果表明,该方法预测效果较好,测量的误差值与实际误差值仅相差了0.02δ/μm,能够有效减小五轴数控机床加工精度测量误差值,提高预测精度。