CNC多轴联动的机床交叉耦合轮廓误差补偿技术

为了提高多轴联动CNC机床的加工精度,减小由机械传动及电气控制等因素造成的轮廓误差,针对多轴联动CNC机床伺服采用交叉耦合参数选择困难及稳定不强等问题,提出一种交叉耦合轮廓补偿的控制方法,建立交叉耦合轮廓误差补偿的模型,搭建了x轴、y轴及z轴仿真实验平台。仿真实验结果表明:轮廓误差补偿的算法使用交叉耦合误差补偿算法进行控制,可以大大降低轮廓误差。     

凸轮高速磨削廓形误差模糊自适应PID迭代学习控制

为提高凸轮轮廓加工精度,减少廓形误差,引入了模糊自适应PID迭代学习控制方法。基于X-C轴联动误差模型,通过分别对X、C轴进行模糊自适应PID迭代学习控制减少单轴的跟踪误差,从而减少凸轮廓形误差。基于MATLAB建立X、C轴模糊自适应PID迭代学习控制仿真模型并在不同磨削速度下进行仿真实验。结果表明:与常规控制方法相比,模糊自适应PID迭代学习控制能够在一定程度上提高凸轮的加工精度,并有效较小廓形误差。     

多轴数控机床伺服参数优化方法研究

数控机床在实际生产中,各轴伺服参数调整不好将影响机床的加工精度。为提高多轴联动中各轴伺服参数的匹配性,推导三轴数控机床加工轮廓误差的计算方法,分析三轴数控机床各轴进给系统伺服参数对轮廓误差的影响,提出2个进给轴之间伺服参数匹配方法。以人字齿的加工为例,对比了参数优化前后的实际加工轨迹,参数优化后人字齿的轮廓误差由优化前的300 μm减小到100 μm,各轴伺服参数匹配能够有效提高数控机床的加工精度。     

凸轮磨削廓形误差非线性PID控制

为提高凸轮轮廓的加工精度,减小廓形误差,引入了非线性PID控制方法。在廓形误差模型基础上,分别对X轴和C轴进行非线性PID控制来减小单轴的跟踪误差,通过遗传算法对非线性PID进行整定,建立基于MATLAB的X、C轴非线性PID控制仿真模型并进行仿真实验。结果表明:与常规线性PID加工相比,非线性PID控制方法能够较明显地减小凸轮廓形误差,提高X-C联动磨削加工平台的加工精度。     

基于前馈控制的数控机床进给运动轮廓误差分析

轮廓运动控制是运动控制领域研究的重要课题之一,其广泛应用于数控机床与其它自动化运动控制系统中。由于位置伺服系统跟随误差的存在,导致直线和圆弧运动时产生轮廓运动误差。前馈控制是一种有效减小跟随误差的方法,已广泛应用于数控机床进给运动控制。文章研究了两轴匹配时前馈控制增益和前馈控制滤波器带宽对两轴轮廓运动精度,特别是圆弧运动精度的影响。结论对合理选择前馈控制参数,提高轮廓运动精度具有实际应用价值。     

圆柱型砂轮对单调凸曲线外轮廓加工的数学建模研究

在给出加工零件外型的基础上,采用直线逼近与坐标变换的方法对工件外轮廓曲线进行逼近,求得加工时间与加工误差.采用数据采样法进行两坐标联动直线插补,在插补算法的基础上给出步进电机的控制次序.为了提高加工精度和加工效率,根据刀具(砂轮)固定的具体条件,通过调整工件的位置和姿态实现对工件外形的加工,并对方案进行了误差分析及合理性分析.     

电火花线切割加工中上下异型体轨迹合成的同步线性化

具有4轴以上联动功能的线切割机能加工上下异型的直纹曲面，等步长的直线逼近法被普遍用来实现上下异型体中对应曲线间的同步线性化，这种简易的逼近方法使数控加工代码变得冗长。针对这一问题，提出了轨迹合成中的等误差直线逼近法，使具有非圆轮廓曲线的三维直纹曲面的数控代码量得到明显压缩。     

双转台五轴联动数控机床轮廓误差控制方法

五轴数控加工中,机床几何精度、动态特性不匹配等因素引起的各种误差最终会表现为零件的轮廓误差,所以控制和补偿轮廓误差具有重要意义。以双转台五轴联动数控机床为对象,采用D-H法建立了数控机床运动学模型。运用运动学正解模型,揭示了刀心位置轮廓误差和刀轴方向轮廓误差的产生规律,为轮廓误差补偿控制提供了理论依据。在此基础上设计了一种轮廓误差补偿控制方法。仿真实验证明该控制方法能有效减小轮廓误差。     

基于等效误差法的直线电机XY平台轮廓控制

对于直线电机驱动XY平台,非线性的系统动态、曲线轨迹的轮廓误差模型相对复杂以及传统控制无系统化参数调整规则等问题影响其轮廓加工精度.采用适用于多轴非线性运动系统轮廓控制的等效误差法,建立可用于一般曲线且容易计算的XY平台等效误差非线性模型,使轮廓控制问题转换为稳定化的问题.对非线性误差动态模型进行反馈线性化处理后设计状态反馈控制器,使轮廓误差趋近于零.理论推导与仿真结果表明所设计控制系统能有效提高XY平台的轮廓加工精度.     

基于迭代学习交叉耦合的轮廓误差控制方法研究

针对进给伺服系统传统控制方法产生的各轴特性不匹配、控制精度不佳、抗扰动能力不足等问题,提出一种基于自抗扰控制(ADRC)和迭代学习交叉耦合控制(ILCCC)的轮廓跟踪控制算法。对于空间任意轮廓曲线,所提算法在三轴联动条件下,通过不断的迭代学习过程,优化分配给各轴的轮廓误差补偿量,加快伺服轴动态响应的同时,有效抑制伺服系统的轮廓误差。在仿真平台下建立控制器数学模型,对空间直线和空间螺旋线轨迹进行了三维跟踪验证。研究结果表明：与ADRC控制算法和ADRC+PIDCCC控制算法相比,ADRC+ILCCC控制算法在轮廓误差的最大绝对值、累计值以及平均值等指标上均有很大改善,证明了所提算法的优越性。     

粒子群算法在等误差直线逼近节点方法中的应用

自由曲线是数控加工中经常遇到的工件外形轮廓曲线,但一般的数控系统只有直线和圆弧插补功能。对于自由曲线的直接数控加工,只能用直线或圆弧去逼近其节点,并进行逼近的走刀加工。等误差直线逼近节点的方法能够使所有逼近线段误差相等,是自由曲线直线逼近节点的有效方法之一。在对等误差直线逼近节点算法的研究中,基于几何运算,提出一种新的等误差直线逼近节点的计算方法。该方法通过建立自由曲线的数学模型,运用粒子群算法迭代求取自由曲线上的刀位点坐标信息,并通过VC++编程,实现自由曲线等误差直线逼近数控系统的开发,并验证了该算法的有效性。     

基于PDFF的直线电机驱动XY平台H∞交叉耦合控制

XY平台直线伺服系统中,负载扰动、机械惯性及双轴响应速度不匹配会影响轮廓加工精度,为此提出了一种将PDFF及H∞交叉耦合控制相结合的控制策略.单轴速度控制器采用兼顾快速性和鲁棒性的PDFF控制,间接减小轮廓误差.并在X、Y轴间引入交叉耦合控制,将基于PDFF的XY平台交叉耦合控制框架等效为一反馈系统,采用H∞次优方法设计交叉耦合控制器,直接减小轮廓误差.仿真结果表明该控制方案可增强系统的鲁棒性,提高系统的快速性和轮廓加工精度.     

基于模糊滑模的两轴伺服系统轮廓误差交叉耦合控制算法

针对两轴伺服系统轮廓误差控制问题,提出一种基于模糊滑模的交叉耦合轮廓误差控制方法。设计了单轴模糊滑模跟踪控制器,用于消除干扰作用。将模糊控制器用于自适应调节滑模控制器切换增益,减小滑模控制的抖振现象。采用交叉耦合控制算法进行两轴间的协调控制,解决轴间参数不匹配的问题,保证轮廓控制精度。仿真结果表明:该方法能有效提高跟踪精度和轮廓精度。     

一种多轴数控机床轮廓误差耦合控制方法

在分析数控机床传统轮廓误差控制方法不足基础上,提出了一种计算简单、精度高、适合多轴控制的轮廓误差耦合控制方法。该方法包括轮廓误差计算模型和轮廓误差耦合控制方案两部分。提出的轮廓误差计算模型把当前采样周期实际刀具位置到本周期和上一周期插补指令点连线的最短距离近似为轮廓误差;设计的轮廓误差耦合控制方案,实现了对轮廓误差的实时补偿控制。数控仿真加工结果表明所提出轮廓误差耦合控制方法能够有效提高轮廓控制精度。     

双摆头五轴联动数控加工步长的计算

在分析双摆头五轴联动数控机床的特点及弧弦逼近方法的基础上,较严格地推导出了保证加工误差在给定的误差范围内的走刀步长的计算方法.该计算方法考虑了加工所用机床的特点,能有效地保证加工精度.     

基于模糊神经网络滑模控制的xy平台轮廓控制

永磁同步直线电机(PMLSM)直接驱动xy平台数控系统曲线轨迹跟踪时,其轮廓精度会受负载扰动以及曲线轨迹轮廓误差模型复杂等问题的影响。针对此问题,采用具有自学习能力的模糊神经网络滑模控制(FNNSMC)进行单轴位置控制器的设计,在不失滑模控制鲁棒性的情况下,有效地削弱该控制所产生的抖振;两轴之间运用实时轮廓误差计算法建立曲线轨迹的轮廓误差模型并采用交叉耦合控制(CCC)进行轮廓控制器的设计,实现跟踪误差与轮廓误差的同时减小。仿真结果表明:该控制方案基本消除了抖振,保证xy平台具有较强的鲁棒性和较高的轮廓精度。     

基于极坐标法的直线电机XY平台轮廓控制

对于直线电机驱动XY平台,非线性的系统动态、曲线轨迹的轮廓误差模型相对复杂以及传统控制无系统化参数调整规则等问题影响其轮廓加工精度.采用适用于非线性运动系统轮廓控制的极坐标法,建立可用于一般曲线且容易计算的直线电机XY平台极坐标误差非线性模型,使轮廓控制问题转换为稳定化的问题.对非线性误差动态模型进行反馈线性化处理后设计状态反馈控制器,使轮廓误差趋近于零.理论推导与仿真结果表明所设计控制系统能有效提高直线电机XY平台的轮廓加工精度.     

数控机床的轮廓误差的控制

本文在分析两轴数控系统轮廓误差的基础上,提出了基于神经元的自适应交叉耦合控制器。仿真结果表明,本文提出了轮廓误差控制方法可以有效地提高数控的系统的轮廓加工精度。     

五轴联动数控机床空间综合误差解耦技术研究

分析五轴联动机床的误差项和拓扑结构,给出伺服轴运动时理想情况和有误差情况下的坐标变换矩阵。以此为基础,给出五轴联动机床空间综合误差的计算方法。基于多体运动学的微分变换原理,给出五轴联动机床综合误差解耦算法。以某RTTTR型五轴联动机床为例,应用MATLAB进行实际综合误差解耦和补偿计算,结果验证了该解耦算法的正确性。     

刀具摆角对复杂曲面轮廓精度的影响研究

目的通过优化五轴联动加工中刀具摆角参数,基于后置处理技术提高复杂零件表面加工的轮廓精度。方法针对回转轴非线性运动造成的刀具姿态误差过大会导致零件轮廓精度低,提出了一种摆角优化方法。首先,对回转轴线性插补产生的刀具姿态误差进行分析,控制回转角的摆动幅度大小和初始位置;其次,将线性插补后的刀轴矢量投射到理论上始末两点矢量构成的平面上获得新的插补矢量,通过线性插补刀轴矢量来优化刀具空间姿态;最后,以某叶轮试件通过仿真及实际加工实验进行了验证。结果通过摆角优化方法后,叶片轮廓与理论轮廓的轮廓误差由0.08 mm减小到0.04 mm,最大过切量也由0.03 mm减小到0.01 mm。刀具摆角优化后,能大大提高复杂曲面零件的轮廓精度。结论基于后置处理技术对五轴机床回转轴摆角进行优化,在通用算法基础上加载角度优化算法,开发专用的后置处理器处理G代码程序,是一种提高复杂曲面加工轮廓精度的可行措施。实验验证了该方法的有效性。