数控机床精度保持性的定量评价与误差敏感度分析

针对数控机床精度保持性定量评价难题,分析精度保持性基本内涵,提出精度保持度的概念,并给出精确数学描述;在此基础上,建立基于多体理论的机床空间位置精度保持性评价模型,形成机床精度保持能力的刻画与表达。采用SOBOL全局敏感度分析法,分析各误差项时变状态对机床空间位置精度保持度的影响,实现误差溯源。以某三轴立式加工中心为实验对象,对机床的9项关键精度指标进行了为期400天的长期跟踪检测,计算分析各单项精度保持度与机床空间位置精度保持度随时间的变化规律,完成机床精度保持性的误差敏感度定量评估,验证了所提出方法及模型的有效性。     

数控螺旋锥齿轮机床位置误差激光检测的研究

研究了激光多普勒位移测量仪的检测原理,并采用激光多普勒位移测量仪检测了数控螺旋锥齿轮机床的空间位置误差。通过对误差数据进行分析,评定了该机床的空间位置精度,提出通过补偿X、Y、Z轴的直线位置误差,可提高机床的空间精度。     

新型混联虚拟轴机床的位置正解与工作空间分析

提出了以三自由度空间并联机构作为主进给机构，辅以双向移动工作台实现多坐标数控加工的一种新型混联虚拟轴机床的配置方案。建立了空间并联机构位置正解的封闭方程，分析了空间并联机构及其虚拟轴机床的工作空间，并给出了数值实例。     

考虑空间位置差异的机床直线轴定位误差快速辨识方法

机床直线轴在空间不同位置处的定位误差难以全面快速测量,而机床加工过程中工件安装位置各异,单一位置的定位误差测量结果难以全面客观反映机床直线轴和工作空间的真实精度;同时,空间体对角线误差测量需长时间的光路调整,亦大幅降低了测量效率。为此,本文提出考虑空间位置差异的机床直线轴定位误差及空间体对角线误差快速辨识方法。该方法基于多站分时测量原理,采用激光跟踪干涉仪测量三轴机床的空间误差,根据空间误差差异辨识不同位置处的直线轴定位误差;同时,通过测量点与初始点理论距离与真实距离偏差计算空间体对角线误差,进而全面评估机床空间精度。相较于传统测量方法,该方法可快速辨识不同空间位置处的直线轴定位误差和工作空间体对角线误差,为机床直线轴和空间精度的快速测量和综合评价提供了一种新的思路和方法。     

一种混联型虚拟轴机床的位置正确与工作空间分析

提出了以4自由度空间并联机构作为主进给机构，辅以双向移动工作台实现多坐标数控加工的一种混联型虚拟轴机床的配置方案，推导出了主进给机构位置正确的封闭方程，基于曲面分析方法分析了主进给机构及其虚拟轴机床的工作空间，并给出了数值实例。     

BKX-I型并联机床定姿态工作空间数值仿真与求解

以北京某大学研制的BKX-I型并联机床为对象,用矢量法建立了并联机床的位置逆解方程。通过分析影响机床工作空间大小的结构约束条件,基于位置逆解方程推导了并联机床的定姿态工作空间求解过程,提出了一种基于柱坐标搜索法原理的工作空间数值求解方法。在此基础上,在MATLAB软件环境中对BKX-I型并联机床的定姿态工作空间进行了数值仿真与求解,得到了工作空间的三维图谱和定姿态工作空间的体积。仿真结果表明,该方法原理简单、效率高、仿真效果好,为后续深入研究奠定了基础。     

6—PSS并联机床的运动学分析

以6-PSS并联机床为例，从单一支路的运动分析出发，利用并联机床的结构约束条件，得到并联机床显格式的位置反解方程以及工作空间到输入空间的速度和加速度映射矩阵，最后给出衡量并联机床运动精度的重要指标及其计算式。     

BKX-Ⅰ型并联机床定姿态工作空间数值仿真与求解

以北京某大学研制的BKX-Ⅰ型并联机床为对象,用矢量法建立了并联机床的位置逆解方程.通过分析影响机床工作空间大小的结构约束条件,基于位置逆解方程推导了并联机床的定姿态工作空间求解过程,提出了一种基于柱坐标搜索法原理的工作空间数值求解方法.在此基础上,在MATLAB软件环境中对BKX-Ⅰ型并联机床的定姿态工作空间进行了数值仿真与求解,得到了工作空间的三维图谱和定姿态工作空间的体积.仿真结果表明,该方法原理简单、效率高、仿真效果好,为后续深入研究奠定了基础.     

数控机床空间位置误差的检测及神经网络误差补偿技术

利用平面正交光栅检测三轴加工中心的空间位置误差,建立了机床空间位置误差的数学模型;提出了基于人工神经网络技术的机床空间位置误差补偿方法,并建立了神经网络误差补偿模型。通过误差测量与补偿试验,验证了该方法应用于数控机床误差补偿的可行性。     

6-PSS并联运动机床位置分析与研究

对6-PSS并联运动机床位置的分析,求解出机构位置的正解和反解。利用动平台的几何结构,建立了6-PSS并联运动机床正解的数学模型,同时提出一种用于空间机构位置分析正解的封闭方法一改进方法,简化了分析过程,方便用计算机求解,为以后进行机构的其他分析奠定了基础。     

新型并联机床的操作空间分析

本文分析了影响机床操作空间的主要因素,开发了机床操作空间边界的变步长搜索算法,同时以扩大操作空间为目标进行了机床结构设计,并以操作空间截面面积和体积作为评价准则,验证了球铰座倾斜安装的操作空间比平面安装的操作空间增加两倍以上。     

并联机床主运动机构工作空间分析

针对一种新型模块化并联机床结构模型，给出了机床主运动模块平面二自由度机构的运动特性，分析研究了工作空间，机构的工作空间与机构滑鞍的行程以及机构的尺寸有关，分别给出了各种情况的工作空间几何形状，并以实例给出了工作空间的几何特性，为该并联机构的设计提供了有参考价值的方法和资料。     

Surface location error of a parallel robot for routing processes

This paper deals with the static characterisation of a parallel manipulator for routing processes. Since accuracy and surface finishing are critical in all machining processes, the performance of a parallel machine is analysed in this paper in terms of these parameters. Using a previously developed static analysis methodology, the stiffness of the machine structure is obtained and used as an input for a process model. This approach allows the static behaviour of the machine to be evaluated in terms of the surface location error for a given routing operation in the manipulator workspace. The study focusses on certain discrete points in the operational workspace for each direction of the tool feed. Then, the global behaviour of the machine is presented using surface location maps. Furthermore, some static constraints are imposed to obtain the static workspace of the manipulator for the routing process.     

虚拟轴机床作业空间快速检验算法的研究

根据虚拟轴机床的结构和运动特点,提出在机床的运动学分析中运用单开链方法,只进行一次运动学逆解计算就可求出全部运动变量的值,包括从动铰的运动坐标,因此适合于作业空间的快速经验。基于一台实际的虚拟轴机床－－VAMT1Y,对该算法进行了应用和验证。     

Stiffness-based workspace atlas of hexapod machine tool for optimal work piece location

This paper presents a methodology to plot workspace atlas based on stiffness for hexapod machine tool. The stiffness of hexapod machine tool varies with the configuration changes at every instant. Hence, work piece location is not as simple and straightforward as that of conventional machine tools. Stiffness-based workspace atlas will help in selecting optimal work piece location. An illustrative example to demonstrate the use of atlas in identification of optimal work piece location is also presented.     

基于工作空间和灵活性的并联机床结构参数优化设计

分析了 6SPS型并联机床仿五坐标机床加工工作空间的要求,将满足工作空间要求的机床参数设计问题归结为五变量优化问题.以并联机床工作空间的灵活性为指标,采用遗传算法进行求解。运用该法可确定主要的机床参数,为机床的总体设计提供依据     

Parameters optimization of a novel 5-DOF gasbag polishing machine tool

The research on the parameters optimization for gasbag polishing machine tools, mainly aims at a better kinematics performance and a design scheme. Serial structural arm is mostly employed in gasbag polishing machine tools at present, but it is disadvantaged by its complexity, big inertia, and so on. In the multi-objective parameters optimization, it is very difficult to select good parameters to achieve excellent performance of the mechanism. In this paper, a statistics parameters optimization method based on index atlases is presented for a novel 5-DOF gasbag polishing machine tool. In the position analyses, the structure and workspace for a novel 5-DOF gasbag polishing machine tool is developed, where the gasbag polishing machine tool is advantaged by its simple structure, lower inertia and bigger workspace. In the kinematics analyses, several kinematics performance evaluation indices of the machine tool are proposed and discussed, and the global kinematics performance evaluation atlases are given. In the parameters optimization process, considering the assembly technique, a design scheme of the 5-DOF gasbag polishing machine tool is given to own better kinematics performance based on the proposed statistics parameters optimization method, and the global linear isotropic performance index is 0.5, the global rotational isotropic performance index is 0.5, the global linear velocity transmission performance index is 1.012 3 m/s in the case of unit input matrix, the global rotational velocity transmission performance index is 0.102 7 rad/s in the case of unit input matrix, and the workspace volume is 1. The proposed research provides the basis for applications of the novel 5-DOF gasbag polishing machine tool, which can be applied to the modern industrial fields requiring machines with lower inertia, better kinematics transmission performance and better technological efficiency.     

并联机床参数设计

在已有文献的基础上 ,提出用于空间任意曲面高速切削加工的并联机床 ,其切削加工空间应是在任何位置下动平台最大姿态角 βmax =30 的连续单连域回转空间。为使形状实用 ,限制空间成高径比H/D =0 .7的圆柱体。机床设计参数的确定采用逆向设计法 ,充分利用了已有机床部件的极限参数 (球铰极限摆动角 )。计算所得曲线 ,用于机床设计时 ,可迅速确定机床主要参数与空间尺寸规模 ,供方案比较与选择。研究结果表明 ,并联机床实用化须解决的主要问题之一是 :球铰副的极限摆动角rpM至少应 4矿。     

交叉杆并联机床结构参数优化

增大工作空间和提高灵巧度是并联机床设计的一项重要任务。依据运动学反解,采用三维搜索的方法得到了带约束条件的交叉杆并联机床的工作空间;利用自然坐标法推导了该机床的新型雅可比矩阵;基于工作空间和新型雅可比矩阵获得了交叉杆并联机床的灵巧度分布。在此基础上分析了机床各结构参数对工作空间和全域灵巧度指数的影响规律,然后用最小二乘法进行曲线拟合并以工作空间指数和全域灵巧度指数为优化目标对该机床进行优化,与优化前相比,两项指标分别增大了0.40倍和0.26倍,达到了机构优化的目的。     

七轴混联机床机构干涉校验算法及工作空间快速校验的研究

在加工具有复杂曲面的工件时,同六轴并联机床相比,七轴混联机床的加工能力有所提高,能够快速加工多个曲面,降低由于多次装夹造成的加工误差,缩短加工时间,有利于充分发挥并联机床的优势。为了避免加工过程中出现干涉碰撞问题,同时确保整个工件都在加工空间内,提出并详细讨论了七轴混联机床的机构干涉校验算法及工作空间快速校验算法。这些算法对混联机床的设计和控制系统的开发有着一定意义。