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。     

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。     

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。     

虚拟观测法在球杆仪估算机床平动轴 几何误差中的应用

在利用球杆仪辨识数控机床平动轴的几何误差过程中,由于建立的辨识模型中任意位置的参数矢量矩阵为病态矩阵, 致使在求解辨识模型时存在不精确解或者无解的现象。 针对上述问题,提出了一种基于虚拟观测法的岭估计求解辨识模型解 的方法。 以机床的平动轴为研究对象,基于球杆仪测量的杆长数据,将其代入所建立的误差元素与球杆仪杆长变化量之间的映 射关系,并基于虚拟观测法求解出几何误差项的多项式系数。 该方法从病态矩阵的病因来改善辨识矩阵的病态性,进而实现对 各轴相关误差元素的辨识。 仿真以及实验结果验证了辨识方法的正确性,并改善了辨识矩阵的病态性,研究结果为准确辨识机 床几何误差提供了理论依据。     

数控机床旋转轴误差辨识研究

以多体系统理论为基础建立了包含旋转轴几何误差的DMP60U型机床运动模型,并利用某公司的QC10球杆仪对DMP60U型的C轴和斜转轴B轴各4项位置误差分别进行测量和辨识。在对球杆仪测量点的在坐标系中的位置坐标表达分析后,得出了球杆仪测量圆的偏心率与位置误差间数学关系。通过运用机床RTCP功能控制多轴同步运动,设计进行不同高度下的4次测量,可辨识出这8项位置误差,快速高效。经实验验证,这种辨识方法测量结果精确,可用于五轴加工中心误差辨识。     

工件分特征下的五轴数控机床关键几何误差分析与补偿方法

提出了工件分特征下的五轴数控机床关键几何误差分析与补偿方法,将复杂工件进行特征分解,通过灵敏度分析辨识工件分特征下的关键几何误差并补偿,从而提高工件整体加工精度。以某一复杂工件为例,首先,将其分解为平面、斜面、圆柱和圆锥台四个典型特征;然后,基于灵敏度分析分别辨识出各典型特征对应的关键几何误差;最后,分特征地进行误差补偿。在AC双转台五轴数控机床上进行了实验验证,实验结果表明,辨识得到的关键几何误差灵敏度系数之和占比均大于90%,补偿后工件四个典型特征的加工精度提高了20%~30%。研究结果表明,所提方法能有效辨识不同工件分特征下的关键几何误差,从而提高复杂工件的加工精度。     

光学自由曲面研抛机床的综合误差建模与补偿

为提高光学自由曲面的加工精度,本文基于多体系统理论建立了五轴数控研抛机床综合误差模型。采用直接测量方式对各轴的移动误差和转角误差进行重复测量与分析,发现不同进给速度和测量间距对移动误差和转角误差没有显著影响。把误差数据代入综合误差模型中,得出研抛机床综合误差在x轴、y轴和z轴轴向上的移动误差和转角误差分量的变化规律,进而获知线性位移误差是影响综合误差最主要的因素。依据综合误差模型进行补偿实验,补偿后x轴、y轴和z轴的线性位移误差分别下降88%、89%和84%,补偿效果显著。实验结果证明本文所提出的综合误差建模及补偿方法具有较高的精度和较好的鲁棒性。     

五轴数控机床回转轴的误差检测技术研究

针对多轴机床回转轴误差难于直接测量的问题,设计了一种利用球杆仪进行回转轴几何运动误差测量的方法,并推导了辨识公式.此检测模型可以得到回转轴6个运动误差中的5项,剩余一项可以利用激光干涉仪回转测量组件获得.这种检测模型可以避免利用标准芯棒进行间接测量而增加误差,解决了一部分回转轴由于无法安装标准棒而难于检测误差的问题,为多轴机床的回转轴几何运动误差测量提供了理论参考.     

A/C轴双轴转台几何误差检测与补偿技术研究

A/C轴双轴转台是中、小规格五轴联动加工中心的核心功能部件。分析了A轴、C轴与工作台台面之间的五项几何误差,利用激光干涉仪与RX10回转基准分度器对A轴、C轴的分度误差进行检测与补偿,利用五轴数控系统对A轴轴线与C轴轴线之间的位置误差、A轴轴线与工作台台面之间的尺寸误差进行检测与补偿,并提出了一种即节省成本又能有效降低A轴轴线与C轴轴线之间角度误差的修正方法。     

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。     

双轴转台精度检测与研究

双轴转台为加工中心和数控铣床提供了回转坐标,通过双轴数控转台的等分回转、不等分回转、连续的回转,实现了数控机床复杂曲面精密加工,扩大了数控机床的加工范围。针对双轴转台应用于五轴数控加工中心目前ISO认证中没有规定其几何精度和运行精度检验方法。通过变换矩阵建立双轴转台误差模型,分离出双轴转台运动误差,采用实验方法,改变双轴转台试验装置运动参数,对分离出的双轴转台进行精度检测。针对五轴数控加工中心用双轴转台几何精度和运行精度检验,提出了一种有效的双轴转台误差测量与分析方法。     

基于球杆仪的五轴机床RTCP误差检测及补偿

针对五轴机床RTCP误差检测存在检测时间长、测量精度低的情况,提出用球杆仪检测RTCP误差的方法,分析可知AC双转台RTCP误差不仅有4项位置误差,而且存在4项角度误差和初始安装误差。根据机床运动链建立AC双转台RTCP误差模型,采用基于球杆仪的检测方法,并推导RTCP误差元素求解方法。通过误差补偿试验验证了误差模型和误差求解方法的准确性和有效性。     

立式加工中心空间几何误差辨识解析及定位误差补偿研究

为大幅提升立式加工中心加工精度,满足当代数控机床对高精度的需求,针对立式加工中心3个运动轴,深入分析了其轴向运动空间几何误差,提出了可有效辨识运动轴轴向运动空间6项几何误差的辨识方法.建立了空间6项几何误差辨识模型,并针对关联轴联动垂直度误差进行了有效分析,建立了垂直度误差辨识解析模型.同时,针对3个独立运动轴轴向定位...     

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。     

五轴数控机床摆动轴几何误差的测量与辨识

提出一种基于球杆仪的摆动轴几何误差测量和辨识的新方法。通过圆弧测量轨迹测量球杆仪球心在回转工作台上3个安装位置的球心偏差,并利用齐次坐标变换理论建立其几何误差的辨识模型,分两步从球杆仪测量结果中辨识出4项轴线位置误差和6项运动误差。在转摆台式五轴数控机床上采用球杆仪进行实验验证,通过比较误差补偿前后球杆仪的测量值来验证辨识方法的有效性。     

基于球杆仪的直线轴位置相关误差辨识研究

针对多轴机床空间误差检测及辨识方法成本高、时间长等问题,提出一种新的基于球杆仪测试的直线轴位置相关几何误差辨识方法。分别建立各平面内轴运动误差模型,并采用多项式对误差元素预拟合,以常规的三平面圆弧轨迹测量获取误差数据,并基于最小二乘法求解拟合系数,替代直接对误差元素具体数值求解的传统方法,实现对各直线轴位置相关误差元素的辨识。通过实验验证了辨识结果的正确性和有效性,该方法对机床直线轴误差辨识、补偿具有参考价值。     

基于平面光栅的机床几何误差测量与辨识

几何误差是影响数控机床准静态精度的重要因素,针对几何误差测量、辨识问题,提出基于平面光栅的面—线机床空间几何误差辨识方法。依据多体系统理论和齐次坐标变换方法建立了三轴数控机床21项几何误差元素与3项误差向量之间的映射关系;规划了3个相互垂直的平面内的测量路径和辨识方案,通过单轴运动和两轴联动的形式可连续测量每个平面内的5条直线,进而依次确定垂直度、俯仰和偏摆误差、定位及直线度误差、滚转误差,减少了多次安装过程中安装误差累积对测量结果的影响;通过基于面—线法的21项几何误差测量和辨识实验,并与基于激光干涉仪测量辨识结果对比显示,平面光栅测量结果与激光干涉测量结果的空间误差向量最大偏差为2.4μm,平均偏差为0.77μm,验证了该方法对辨识机床精度是准确、有效的。     

球杆仪用于数控机床几何误差补偿的研究

介绍了利用球杆仪测试和辨识数控机床几何精度的方法,在精确掌握三坐标数控机床几何误差的基础上,通过建立三轴数控机床的几何误差模型,利用误差综合补偿软件进行了补偿实验.结果表明,机床的各项误差都有所降低.     

一种多轴数控机床末端静刚度快速辨识方法

提出了一种基于可加载式球杆仪的圆运动对多轴机床末端（刀具和工作台）静刚度进行辨识的方法。设计了一种特殊的可加载式球杆仪,能同时测量仪器两端所承受的力和发生的位移,利用该仪器能测量出数控机床末端在不同载荷下所产生的变形误差。将加工空间内机床末端静刚度分解为沿坐标轴x、y和z的方向刚度,建立了一种基于圆运动的刚度辨识模型,利用球杆仪在机床oxz、oyz和oxy平面内进行圆运动轨迹测试,得到机床末端在不同载荷下的变形误差,进而通过刚度辨识模型得到机床的方向刚度。三轴数控铣削机床刚度测试实验结果和仿真结果的一致性证明了所提出方法的有效性。该测试方法简单,仪器轻便,不需要大型和重型的加载设备,适合于工业现场条件。