全闭环数控回转轴定位精度研究

针对全闭环数控回转轴的关键检测元件—圆光栅的安装误差引起回转轴定位精度差的问题,基于圆光栅测量角度的工作原理,分析了圆光栅在安装时由于光栅定位端面的跳动误差对莫尔条纹的影响规律,推导出了相应的数学关系,建立了回转轴定位误差与光栅定位端面的跳动误差之间的数学模型.数值仿真表明当圆光栅出现端面定位安装误差后,回转轴回转一周,输出的莫尔条纹光强变化经历了一个周期,近似为一正弦曲线.针对上述理论分析,在加工中心回转轴C轴上进行了实验研究,结果表明,通过调整圆光栅端面的跳动误差从原来的70 μm到16 μm,利用高精密单频激光干涉仪对回转轴的定位误差进行了检测,两次测量的定位误差曲线均为正弦曲线,且回转轴的定位精度提高了3倍.研究结果表明,减小圆光栅定位端面的轴向跳动误差可有效提高回转轴的定位精度.     

基于学习的2x/y直线进给轴圆轮廓误差精密补偿方法

为了提高龙门2x/y直线进给轴联动的圆轮廓精度,对进给轴联动圆轮廓误差的测量、评价和补偿方法进行研究。分析直线电动机驱动的进给轴联动过程存在圆轮廓偏差的原因及其补偿的复杂性,给出一种基于学习的联动轴圆轮廓误差在线精密补偿方法,此方法通过双光束激光干涉仪动态精密测量x/y联动轴的实时坐标值,应用最小二乘圆方法评价确定理想圆,接着通过与理想圆轴坐标位置的比较,计算得到轴向偏差学习样本,建立基于最小二乘支持矢量回归机(Least square support vector regression,LS-SVR)方法的轴向偏差离线识别模型,通过模型的在线回归计算确定联动进给过程的偏差补偿量,给出补偿量控制输出策略与补偿系统构建方案,在自构建的直线进给轴平台上进行在线补偿试验。结果表明应用该方法对2x/y直线进给轴联动的轴向偏差进行在线补偿,可使圆轮廓精度提高68.7%。     

圆光栅闭环反馈回转关节高精度补偿方法研究

从提高位置精度出发,采用了基于圆光栅全闭环反馈的回转关节控制方案。在分析传统运动精度补偿方法的基础上,结合激光干涉仪回转轴校准系统对位置精度的检测结果,建立了一种综合考虑大周期误差及小周期误差的三次封闭样条与三角函数相叠加的回转运动误差补偿模型,从而使定点误差测量结果能够应用到整个行程区间的准确补偿。在兼顾精度和效率的基础上提出了相应的无累积误差的补偿算法以提高误差补偿精度并进行了实验,使补偿后的残留误差标准差减小了47.4%,表明该方法可有效提高回转关节位置精度。     

圆光栅闭环反馈回转关节高精度补偿方法研究

从提高位置精度出发,采用了基于圆光栅全闭环反馈的回转关节控制方案。在分析传统运动精度补偿方法的基础上,结合激光干涉仪回转轴校准系统对位置精度的检测结果,建立了一种综合考虑大周期误差及小周期误差的三次封闭样条与三角函数相叠加的回转运动误差补偿模型,从而使定点误差测量结果能够应用到整个行程区间的准确补偿。在兼顾精度和效率的基础上提出了相应的无累积误差的补偿算法以提高误差补偿精度并进行了实验,使补偿后的残留误差标准差减小了47．4％,表明该方法可有效提高回转关节位置精度。     

应用潜变量回归在线补偿双直接进给轴热误差

为了提高直线电机驱动的双直接进给轴的运动精度,对该类进给轴的热误差进行了建模并研究了误差补偿方法。分析了双直接进给轴进给过程中热误差产生的原因及其补偿的复杂性,给出一种基于潜变量回归的双直接进给轴热误差在线补偿方法。该方法应用激光干涉仪测量进给轴的热变形量,使用热电偶和红外测温仪测量进给轴关键点的温度变化;通过时间匹配变形和温度数据得到统计样本并建立基于潜变量回归的热误差识别模型。以模型的在线计算确定误差补偿量,给出了与数控系统兼容的补偿控制输出策略及补偿系统构建方案。在自构建的龙门双直线电机驱动进给轴平台上进行了在线补偿实验。结果表明:应用潜变量回归方法对双直接进给轴进行热误差补偿可使双直接进给轴的热误差减小75%。     

基于Gantry驱动的双直线电动机高速动态同步误差性能测试研究

分析高速龙门机床中应用双直线电动机驱动同步进给轴的优越性。给出了基于SIMUERIK 840D的Gantry龙门同步功能控制双直线电动机高速同步驱动的实现方法。探讨通过应用双频激光干涉仪测量动态同步误差方法,并在自构建的龙门驱动实验台上,对主从轴的动态同步误差进行测试实验。测试结果表明:在Gantry控制驱动下,主从轴的动态同步误差随进给速度增大而增大;不同的龙门负载会在直线电动机加速和减速阶段对同步性能产生影响。     

转台工作面角位置测量装置误差分析与补偿

针对特定转台轴端角位置检测误差不能反映实际产品工作面空间角位置的问题,介绍了一种以圆光栅和水平电容传感器作为测角元件的转台工作面空间角位置定位测量装置。以提高空间测角精度为目的,重点对装置各项误差因素进行归类分析。除光栅和传感器分别存在的分系统测角误差外,测量装置还存在转轴与测量基面不平行、传感器敏感轴与测量基面不平行等误差项。为修正测角系统误差,根据圆光栅旋转面、传感器敏感轴、转轴轴系、测量基面的空间几何关系建立数学模型,分析系统误差影响因素。最后利用分度误差在0.3″高精度转台对校准装置进行标定,并利用径向基函数(RBF)神经网络建立误差补偿模型,对系统测角精度进行修正,使系统最大误差值由13.75″下降至2.9″,满足了3″以内的测角精度需求。     

直线电机驱动进给轴热动态伪滞后建模与补偿方法研究

分析热动态伪滞后效应对直接进给轴驱动精度的影响,对进给轴具有的热伪动态特性进行建模和误差补偿研究。依据一维热传导和一维热膨胀理论,推导直线电机驱动进给轴热动态过程的温度分布模型和热变形误差动态模型,通过有限元分析方法和试验相结合,构建基于关键温度点的直接进给轴热伪滞后变形动态识别模型。应用激光干涉仪测量直接进给轴的热变形量,采用温度传感器和红外测温仪测量直接进给轴关键点的温度,构建进给轴动态热变形补偿系统,依据实时温度对应的热变形数据,发送热变形预测值给运动控制卡,进而向伺服控制器发送控制补偿指令,通过对直接进给轴的运动叠加控制,实现对直接进给轴的热变形补偿。在自构建的直接进给轴试验台上进行试验研究,结果表明：动态识别模型能有效的预测动态热行为,通过构建热变形补偿系统,可使直接进给轴进给精度提高75%。     

2X/Y直线进给轴直线轮廓误差的学习补偿方法

为了提高2X/Y直线进给轴的联动直线轮廓精度,研究了进给轴联动直线轮廓偏差的测量、评价和补偿方法.分析了直线电机驱动进给过程存在直线轮廓偏差的原因及其补偿的复杂性,给出一种基于学习的直线轮廓误差在线精密补偿方法.该方法通过激光干涉仪的2D时间基准精密测量龙门联动轴直线轮廓的实时坐标值,应用最小二乘方法评价确定理想直线方...     

基于摩擦补偿的两轴直驱伺服进给系统自适应非线性滑模轮廓控制

为满足两轴直驱伺服进给系统的高精度加工要求,提出一种基于摩擦补偿的自适应非线性滑模轮廓控制(ANSMCC)方法,以兼顾加工精度和响应速度要求。建立适用于大曲率轮廓加工的等效轮廓误差模型,同时考虑系统中存在的不确定性动态的影响,建立准确且能实时补偿的改进LuGre非线性摩擦力动力学模型。为提升两轴直驱伺服进给系统轮廓性能,设计基于非线性滑模面的ANSMCC方法,其中非线性滑模面包含轮廓误差分量,通过改变非线性滑模面中增益矩阵值的大小可实时改变系统的阻尼比,从而协调轮廓误差与系统响应速度的关系。实验结果表明,所提方法可以克服系统运行过程中不确定性动态的影响,准确跟踪大曲率轮廓曲线,提高轮廓加工精度。     

五轴龙门数控铣床转动轴联动中的动态轨迹误差仿真分析

针对刀具两摆的五轴龙门数控铣床,对一转动轴与一平动轴联动及两转动轴联动加工圆弧时的动态轨迹误差分别进行了分析。采用D-H(Denavit-Hartenberg)法对轴的输入的进给指令位置计算公式进行了推导,并将进给指令位置输入到由动态仿真工具Simulink构建的进给伺服系统仿真模型中,得到了圆弧上动态轨迹误差的分布曲线。通过对转动轴联动加工圆弧的动态轨迹误差分析,可为五轴龙门数控铣床转动轴动态误差的检测提供指导,使得机床的检测与调整更加快速和便捷。     

数控机床转动轴进给系统轮廓误差分析

在五轴联动数控机床中,转动轴进给系统的动态精度对轮廓误差的影响是不可忽视的。采用不同空间位置上的外形轮廓,对五轴联动数控机床转动轴的联动运动产生的轮廓误差进行分析。在建立转动轴进给系统模型的基础上,利用刀具位置系统到加工系统的转换得到转动轴指令,通过进给系统动态误差模型得到仿真输出指令,再将输出指令从加工系统转换回刀具位置系统,比较刀具位置的偏差,从而得到轮廓误差。找出轮廓误差点与外形轮廓空间位置之间的对应关系,利用这种关系可快速通过轮廓误差来考察转动轴进给系统的动态性能,为机床快速调整和维修提供一种手段。     

Measuring probe alignment errors on cylindrical coordinate measuring machines

This note describes a method for measuring probe alignment errors on precision cylindrical coordinate measuring machines. Specifically, this method is used to determine the minimum distance between the line of travel of the center of a spherical probe tip and the axis of rotation of a rotary axis. Within the Timken facility, we refer to this error as intersection error [Bryan JB. Private communication; 7 June 1992]. In addition to intersection error, this method determines the position along the probe line of travel at which the center of the probe tip passes nearest to the axis of rotation. This position is commonly referred to as probe offset error. It is used to adjust the probe location such that its radial position is zero where it intersects (or nearly intersects) the axis of rotation. In this way, the probe tip location is datumed to the axis of rotation.     

Control of a dual stage magnetostrictive actuator and linear motor feed drive system

A dual stage feed drive system is well suited to satisfying current demands of high performance machining with tight position control under high feed rates in the presence of disturbances. It does this by integrating an actuator with high position resolution and fast response together with a conventional linear drive. A magnetostrictive actuator (MA) with a bandwidth in the kHz range capable of several kN of force output is an ideal candidate for use as the fine positioning element in such a dual stage system. However, MAs display significant hysteresis in their performance. This makes the effective implementation of real-time fast servo control challenging. In this paper, a dynamic Preisach model is utilized to reduce the undesired nonlinearity. A sliding mode controller (SMC) is designed to deal with uncertainties such as the Preisach modeling error as well as external disturbances so as to ensure a robust stable system. Experimental results show the servo performance improvement during a feed step test for single axis control and a single axis component of a sharp path interpolation test.     

NON-CONTACT MEASUREMENT OF SCULPTURED SURFACE OF ROTATION

A method for measuring the sculptured surface of rotation by using coordinate measuring machine (CMM) and rotary table is proposed. The measurement is realized during the continuous rotation of the workpiece mounted on the rotary table while the probe moves along the generatrix of the surface step by step. This method possesses lots of advantages such as simplicity of probe motion, high reliability and efficiency. Some key techniques including calibration of the effective radius of the probing system, determination of the position of axis of rotation, auto-centering of the workpiece, data processing algorithm, are discussed. Approaches for determining the coordinates on measured surface, establishing workpiece coordinate system and surface fitting are presented in detail. The method can be used with contact or non-contact probes. Some fragile ceramic and plaster parts are measured by using the system consisting of a CMM, rotary table, motorized head and non-contact laser triangulation probe. The measurin     

基于激光干涉仪的旋转轴误差快速检定方法

为了提升五轴数控机床各旋转轴精度,解决旋转轴几何误差难以测量的问题,提出了一种基于激光干涉仪的旋转轴几何精度快速测量方法。该方法针对AC双转台和BC摆头转台的结构特性,采用旋转轴与直线轴联动的测量技术,可以避免传统测量方法对旋转轴中心的依赖性,推导了测量中直线轴转角误差与直线度对旋转轴几何误差约束关系,在保证精度的同时减少了测量过程中的设备安装调试时间,实现了五轴机床旋转轴转角误差、重复转角误差以及反向间隙的快速测量和补偿。对实际五轴机床AC双转台几何精度进行检定,提高了旋转轴的几何精度,实验证明该测量方法具有很强的工程应用价值。     

飞秒激光跟踪仪光轴与竖轴同轴度的标定

考虑飞秒激光跟踪仪仪器轴系的几何误差会影响仪器的指向精度并最终影响坐标测量精度,本文研究了激光光轴与竖轴的几何误差对仪器测量精度的影响。提出了激光光轴与竖轴的同轴度标定方法,以降低其不重合带来的跟踪测量误差。首先,基于几何光学原理建立了光轴与竖轴的几何误差模型,分别分析了光轴与竖轴的倾斜与平移误差对仪器测角精度的影响。然后,针对设计的仪器提出了基于旋转成像原理的光轴与竖轴同轴度的检测方法,并设计了一套同轴度检测装置。最后,基于该检测装置,通过调节两组双光楔完成了激光光轴与竖轴的倾斜与平移误差的标定。结果显示,经标定校准后激光光轴与竖轴的角度误差为3.4″;平移误差为26.1μm,得到的结果为仪器后续建立误差补偿模型奠定了基础。     

机载光电跟踪成像消旋高精度测角系统研究

本文介绍了光电跟踪成像消旋系统的基本原理,利用旋转变压器和轴角数字转换器(RDC),设计完成了一套高精度测角系统。系统采用去脉冲干扰滑动平均值法进行实时滤波,完成消旋系统在两轴两框架内任意位置的角度测量;采用信号变换的方法,成功解决了因旋转变压器安装位置的不同可能导致系统失控的问题。系统的成功运用显著提高了光电跟踪成像消旋系统的调试和生产的工作效率。     

多轴铣削定位加工手工数控编程的研究

以双转台五轴联动铣削加工中心为例,对多轴铣削定位加工手工编程进行了研究。利用坐标旋转公式,推出了工件坐标系中点的坐标转换到NT坐标系中刀位点的坐标的计算公式和旋转轴的旋转角的计算公式。利用这些计算公式,计算了任意平面铣削加工刀具轨迹刀位点的坐标和旋转轴的旋转角度,与UG软件生成的刀轨程序中相关数据比较,两者之间的坐标值的误差在0．0005mm以下,旋转角度误差在0．0005。以下。手工编写了在日本MAZAJ公司制造五轴联动加工中心上加工铝合金条形零件上表面数控加工程序,加工的零件质量较为理想。     

数控机床旋转轴误差的快速测量与辨识新方法

根据齐次变换理论推导出旋转轴基本几何误差辨识模型,在此基础上,提出了一种基于球杆仪的旋转轴基本几何误差快速测量和辨识新方法,将球杆仪一端的中心座分别安装在旋转工作台的3个不同位置,通过联动控制球杆仪另一端球心按圆形轨迹运动,分别测量旋转轴圆周每个离散位置点在X、Y、Z方向上的偏差,并根据所建立的辨识模型,辨识出旋转轴的6项基本几何误差。同时,提出了基于系数矩阵灵敏度分析的方法,用于指导测量点的合理分布,减少测量误差的影响,从而提高误差辨识精度。