数控机床几何误差的辨识研究

构建了基于扫频激光干涉技术的数控机床几何误差测量系统,介绍了测量系统的关键组成模块,给出了扫频激光干涉测量系统的总体结构和工作原理。以三轴数控机床为例,分析了数控机床的几何误差参数并构建了机床综合误差模型,分析了机床几何误差参数不同的辨识方法的特点,提出机床几何误差参数辨识的7线法,基于此系统实现误差数据的采集和机床几何误差参数的快速辨识;最后通过具体试验测量三轴数控机床误差,得到其几何误差参数的辨识结果。     

基于球杆仪的五轴数控机床误差快速检测方法

几何误差是五轴数控机床重要误差源,针对传统测量方法仪器昂贵、测量周期长问题,提出基于球杆仪的五轴数控机床几何误差快速检测方法。对于机床的平动轴误差,利用多体系统理论及齐次坐标变换法,建立平动轴空间误差模型,通过球杆仪在同一平面不同位置进行两次圆轨迹,辨识出4项平动轴关键线性误差;针对五轴机床的转台和摆动轴,设计基于球杆仪的多条空间测试轨迹,完整求解出旋转轴12项几何误差。实验结果显示,所提方法获得转角定位误差与激光干涉仪法最大误差为0.001 8°,利用检测结果进行机床空间误差补偿,测试轨迹偏差由16μm降至4μm,为补偿前的25%,验证了方法的有效性。提出的五轴机床几何误差检测方法方便、便捷,适用于工业现场。     

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。     

数控机床几何精度溯源方法研究

几何精度是数控机床的重要性能指标,基于激光测量原理的"九线法"是几何误差溯源最常用的手段。系统分析"九线法"在应用中存在的三类问题,并对其做出改进,建立新型几何误差辨识模型,该模型可有效提高误差辨识结果的稳定性,且该模型可实现运动副制造安装误差的溯源,以指导机床装配与精度设计。同时,针对传统九线法滚转角误差辨识中存在原理性偏差的问题,提出一种试验修正方法,以提高滚转角误差的辨识精度。计算机仿真和试验结果表明,所述理论与方法可以更加有效地实现数控机床几何误差的溯源。     

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。     

数控机床的误差分析与研究

基于机器人运动学原理,结合齐次坐标变换理论和刀具与工件构成的联结矢量链概念,以一台立式加工中心为研究对象,1建立了包含21项几何误差的数控机床误差模型、同时提出了误差的辩识方法、然后利用平面正交光栅精密测量系统,通过修改数控指令的补偿方法对圆轨迹进行了补偿研究.研究表明机床的加工精度得到大幅的提高.本文所提出的误差模型、辨识方法和补偿方法可推广到其它多轴数控机床误差分析研究之中.     

基于圆和非圆复合轨迹的三轴数控装备几何运动误差检测新方法

针对三轴数控装备,综合考量现有方法的特点,提出一种基于圆和非圆(直线、折线)复合轨迹的几何运动误差检测新方法。根据多体系统理论,运用齐次坐标变换方法建立误差模型,通过检测三个坐标平面内直线(折线)运动轨迹精度得到包括位置误差、直线度、垂直度在内的12项直线性误差,再通过三个坐标平面内检测圆运动轨迹精度,依次辨识得到9项角偏误差,从而实现三轴机床全部21项几何运动误差的检测。根据该方法,分析在不同测量顺序下各坐标平面内角偏误差的解算情况,据此总结出8种可行的角偏误差辨识方案。基于平面光栅的检测试验在2 h内便可完成,试验结果证明该方法的可行性和高效性。     

数控机床几何误差预测的GA-SVR模型

为了统一数控机床在机测量系统不同几何误差建模方法,并建立更精确的几何误差模型。仅考虑速度和空间位置对机床误差的影响,提出一种遗传算法优化支持向量回归机（GA-SVR）建模方法。以X轴为例,利用BP、GA-BP、SVR和GA-SVR算法建立误差模型,进行了建模精度比较。试验结果表明,基于GA-SVR算法的3种几何误差建模精度更高,定位误差、直线度误差和角度误差预测值与实测真值的最大残差分别为0.179 6μm、0.067 57μm和0.019 2",更适合于机床3种几何误差精确建模和误差补偿。     

基于三维步距规的数控机床误差辨识研究

基于三轴数控机床的空间误差模型,使用三维步距规识别数控机床空间几何误差。运用三维体积位置精度测量的思想,分步测量得到数控机床在指定离散位置的误差。将各个误差元表示为各个运动轴位置的多项式函数,配合误差模型,可辨识出机床的全部21项几何误差。     

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。     

五轴数控机床旋转轴安装误差测量辨识方法

为了方便快捷、准确地测量五轴数控机床旋转轴的安装误差,提出一种基于旋转轴综合误差测量的安装误差辨识方法。该方法借助于五轴数控机床的RTCP功能,测量某点绕旋转轴转动过程中的理论坐标与实际坐标的综合误差数据,通过误差数据的平面圆和直线拟合,实现了安装误差的分离和辨识,包括2项位移误差和2项垂直度误差。试验结果表明,该方法计算准确,可用于机床旋转轴的装配调试精度分析。     

三轴数控机床几何误差测量与辨识的研究

数控机床几何误差的辨识是一项复杂且费时的工作。如何快速精确地辨识出各项几何误差参数一直是几何误差补偿研究的重要课题。为提高几何误差的求解精度和效率,在其辨识过程中就应尽量减少参与辨识的未知数和激光测量线数。机床运动部件属于刚体,因此,运动部件上不同点测得的同一时刻的偏摆误差和俯仰误差应是相等的。基于此理论,探研出一种仅需测量6线就可以辨识出三轴数控机床21项几何误差的新方法,经试验证实该方法是科学的、可靠的。     

球杆仪安装误差对测量误差的影响规律及其分离方法

通过齐次坐标变换理论建立了五轴数控机床摆动轴几何误差的辨识模型,深入分析了在误差测量过程中球杆仪磁性球座的安装误差对测量误差的影响规律,提出了一种球杆仪磁性球座安装误差的分离方法,并在五轴数控机床上进行了实验验证。结果表明,该方法可以有效分离出球杆仪磁性球座的安装误差,提高摆动轴几何误差的测量和辨识精度。     

三轴机械几何误差辨识新方法的研究

为高效，简便，精确辨识三轴机械的几何误差，提出了一种新的位移辨识法，并以XYFZ型三轴立式机床为例，详细讨论了误差辨识的基本原理，该方法通过测量工作区内12条直线上的位移误差能快速，精确确定三轴机械的全部21项几何误差，缩短了误差辨识时间，并只需要少量的测量设备，是三轴机械精度评定的一种有效方法，特别适合经常性的精度监测和校正。试验结果验证了所述方法的正确性。     

基于双目视觉的数控机床动态轮廓误差三维测量方法

轮廓误差是评估数控机床动态性能的重要指标。定期检测和标定数控机床动态轮廓误差对于稳定机床加工精度至关重要。针对采用现有单一测量手段所测的动态轮廓误差轮廓范围小、维数低、轨迹形式受限等问题,提出基于双目视觉的机床轮廓误差测量方法,实现数控机床任意轨迹轮廓误差三维高精度测量。具体包括设计基于高精度强化特征和高均匀光照的便携式合作靶标以准确表征机床运动位置信息,实现靶标与工作台的高精度安装以及强化特征的高质量成像;利用偏心补偿算法准确定位强化特征图像二维位置,解决圆型强化特征成像仿射畸变为椭圆问题,提高图像处理与机床位置的视觉定位精度;提出基于相机成像全局建模的测量基准位姿变换方法,准确完成数据转换并求解机床轮廓误差。以五轴数控机床平面插补的三叶玫瑰轨迹为研究对象,搭建轮廓误差视觉测量系统并开展测量试验。以平面光栅测量结果为标准验证视觉求解精度。结果表明,在1 500 mm/min进给速度下视觉轮廓误差求解误差为9.79μm,平均测量误差为3.36μm。     

龙门铣床关键几何误差辨识及补偿

为了提高某龙门铣床y、z向的加工精度,研究了该机床y、z轴关键几何误差的建模、辨识及补偿方法。建立了y、z轴几何误差和加工误差之间的误差模型,得到了影响龙门铣床y、z向加工精度的5项关键几何误差;通过测量龙门铣床y、z轴平面内4条直线的定位误差,辨识出5项关键几何误差;基于龙门铣床的数控系统和建立的误差模型,通过修改加工代码的方法对几何误差进行了补偿。结果表明:龙门铣床关键点的y、z向加工误差分别减小了66.81%和47.17%,几何误差补偿后龙门铣床的加工精度明显提高。     

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。     

旋转台几何误差的在机测量与辨识

旋转台是多轴数控机床的基本组成部件,其几何误差对加工精度具有显著的影响。以旋转台轴线的4项定位误差及6项运动误差的测量与辨识为目标,利用标准球和接触式测头设计简易、高效的综合误差在机测量方案,提出基于综合误差的分步辨识方法。首先,在旋转工作台上安装高度不等、位置不一的标准球以构建测量点系,并在不同旋转角度下,利用直线轴的插补运动带动高精度测量头测量球心误差。然后,依据小误差理论和齐次变换原理依次构建4项定位误差和6项运动误差的分步辨识模型,辨识出全部误差项。在带旋转轴的机床上进行实验验证与实际应用,结果表明:利用辨识结果计算的预测值与实际测量值相比,绝对误差不超过0.004 mm;利用辨识误差项修正后的工件在机测量结果与三坐标测量值相比,绝对误差也不超过0.006 mm,满足了高精度的应用要求。该方法具有操作简单、占机时间少、辨识精度高的特点,适合加工现场的快速、短周期标定。     

加工中心几何误差分析研究

基于机器人运动学原理，利用齐次坐标变换理论和刀具与工件所构成的联结矢量链概念，以一台立式加工中心为研究对象，建立了包含21项几何误差的数控机床误差模型，同时给出了几何误差辨识方法。所建立的误差模型和误差辨识方法可推广到其它多轴数控机床误差建模与辨识的分析之中。     

考虑热误差的双转台机床工艺误差谱预测方法

五轴数控机床的几何误差和热误差是影响工件加工精度的两个重要因素,对这些误差因素进行分析可以有效提高薄壁件工件的加工精度。本文首先基于齐次坐标变换法,建立了双转台五轴数控机床的旋转轴几何误差模型;然后基于对标准球进行在机接触测量,辩识得出两旋转轴的12项几何误差,这些误差考虑了两旋转轴之间的相互影响和其热误差的影响;最后分析五轴数控机床加工空间的几何误差场,在该加工空间内几何误差从中心到外侧逐渐增加,当A轴旋转角度增加时,误差的最大值也随之增加。与其它位置误差辨识方法相比,本方法的测量精度符合加工要求,测量时间只需要30 min。