五轴联动数控加工中心的设计

五轴联动数控加工中心是航空航天用复杂零件加工的主要手段,本文对五轴联动数控加工中心进行结构设计,详细设计了床身、立柱、主轴、回转工作台、润滑系统、液压系统和控制系统,为实现五轴联动数控加工中心技术的国产化及在航空航天领域的推广应用提供技术支持。     

龙门五轴加工中心可靠性试验

针对龙门五轴加工中心的结构特点,提出其可靠性试验的总体试验流程及方法。归纳了龙门五轴加工中心可靠性试验几何精度、位置精度、运动参数、典型试件加工的评定方法。设计了X\Y\Z轴的加载试验、主轴的加载试验、空转加速试验。对某GMC2550型龙门五轴加工中心进行可靠性试验,利用试验数据计算其可靠性指标的平均故障间隔时间。     

刀轴摆动式五坐标数控加工中心摆长测定方法

五坐标加工中心的主轴摆长是实现五坐标机床自动跟踪的关键参数,其确定值的精度直接影响加工中心的加工精度。提出一种主轴摆动式五坐标加工中心摆长的测定方法,其原理是机床坐标值的实际变动量应与通过摆长、主轴摆动角度之间几何关系计算出的坐标值变动量相符。与传统测量方法进行了比较,证明所提方法精度高于传统方法,并且实用、可靠。     

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。     

磁流变抛光系统去除函数的原点位置标定

为了实现磁流变抛光的确定性加工,对磁流变抛光去除函数的原点位置进行了标定。分析了磁流变抛光去除函数的产生过程及其去除率分布。利用标准圆柱,建立了抛光轮最低点与数控加工中心测头的相对位置坐标变换关系,实现了光学元件在机床坐标系中的精确对准。通过在光学元件的特征点上进行去除函数实验测试,实现了抛光轮最低点对应的去除函数原点位置标定,对标定误差进行了分析。选择圆形平面光学元件,应用以金刚石颗粒为抛光粉的水基磁流液,对抛光轮直径为360mm的磁流变抛光系统进行去除函数原点标定,单次标定精度达到0.030mm。实验结果表明:本文提出的去除函数原点标定方法简单可靠,能够满足磁流变抛光技术的修形需求,可为磁流变抛光在光学制造中的应用提供有力支持。     

TS640测头在五轴数控机床摆动主轴标定中的应用

摆动主轴作为五轴加工领域的关键零部件,其摆动精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。文中阐述了TS640测头的工作原理及在建立摆动误差模型时的应用,对摆动误差进行测量,并建立了误差补偿的数学模型。为数控机床的误差补偿提供理论依据,提高了五轴数控加工中心的加工精度。     

基于CAM的螺旋桨四轴加工方法研究

为降低螺旋桨加工成本,提出了一种新的加工方法－分割式加工方法。将螺旋桨的芯轴和叶片分离,用数控车床加工芯轴,用四轴加工中心加工叶片。加工完成后用配合的方式将叶片安装在芯轴上,从而避免了使用昂贵的五轴数控加工中心加工螺旋桨。设计结果表明,采用该方法加工出的螺旋桨零部件,其精度和装配精度可与五轴数控机床加工的性能相当。     

航空发动机五轴数控加工技术探索

正目前,国外航空发动机数控加工广泛使用五轴数控加工中心,技术成熟。国内的精密加工中心,集成了整机设计、可靠性、热变形补偿等技术,基本达到国际先进水平。我们在五轴数控加工技术方面,需要不断研究并完善相关的工艺,提高五轴数控机床加工效率确保零件加工质量。在实际加工之前,迫切需要对选定的加工工艺进行零件精度预测和控制。五轴数控加工中心在低速区要有较大的转矩,以利于快速去除材料,提高加工效率;在高速区要有良好的五轴动     

四轴机床回转中心与刀长的校正方法探索

四轴万能加工中心其主轴与工作台回转中心同轴的精度和刀长的精确程度对整个零件的加工精度有着至关重要的影响.因此,针对没有配备对刀装置和测头的四轴万能数控加工中心,利用机床的自身结构和特性,通过相对简便的切削与对刀,精确获得主轴与回转中心同轴的基准点以及绝对刀长的值.     

五轴加工中心在模具加工中的应用研究

五轴加工属于数控加工比较重要的技术部分,虽然三轴加工中心在传统的模具加工中有着普遍的应用,但随着我国在模具加工技术上的快速发展以及对加工表面更高的要求,传统的立式加工中心和三轴加工中心逐渐满足不了生产的要求,五轴加工中心的出现不仅提高了加工的光洁度,还克服了传统方法中许多的不足。本文就从五轴加工中心的概念出发,分析了三轴加工中心与五轴加工中心的区别,说明了五轴加工中心的优势,并说明了五轴加工中心在汽车模具中的简单应用。     

用于五轴联动数控机床的曲线插补控制策略

为实现复杂曲面零部件的高速高精数控加工,提出了一种用于五轴联动数控机床的曲线插补控制策略.实现该控制策略的数控机床控制器将控制任务分为非实时任务和实时任务两部分.非实时任务包括刀具路径信息中位置矢量的曲线插值计算和刀位矢量的曲线插值计算;实时任务包括位置矢量插值曲线和刀位矢量插值曲线的实时插补计算,以及插补点坐标的逆机床运动变换.加工实验表明,该插补加工方法町以用于五坐标数控机床的运动控制,具有良好的应用前景.     

新型直驱四轴数控机床电机驱动力优化研究

基于模块化设计技术,研究了一种完全由直线电机驱动的新型四轴联动数控机床,并介绍了其基本结构型式。以该机床并联主轴模块为研究对象,基于虚功原理,并结合其运动学特性,建立了该主轴机构的刚体动力学模型。以此,提出了机床配重质量配比优化方法,对单边并联双直线电机驱动力进行了优化。结果表明：在相同运动规划条件下,该方法可显著降低电机负载功率,有效提升数控机床的动态性能。     

五轴数控机床万能主轴头空间误差建模研究

五轴机床万能主轴头空间误差建模的传统方法采用齐次变换矩阵(HTM)进行运算,计算过程复杂,物理意义很难理解。提出了一种主轴头空间误差的简化建模方法。综合考虑了主轴头两个旋转轴的运动误差和刀具热误差对主轴头空间精度造成的影响。优化了机床运动坐标系设置,从而降低了空间误差模型的复杂性。基于刚体运动学原理,描述了主轴头的运动误差传递关系。结合实例,推导出了主轴头空间误差的数学表达式,其建模过程简单,物理意义明确。     

多轴数控机床新型自动拉松刀机构分析

多轴机床的代表是五轴联动机床,其加工效率高、精度高,是数控机床先进技术的体现。对数控机床中一种新型的自动拉松刀机构结构进行分析,提出其设计制造过程的重点考虑因素。     

力矩电动机驱动双摆头的结构设计

力矩电动机直接驱动双摆头是实现五轴联动数控机床高速化的新形式。介绍了双摆头系统的组成,提出了机械结构设计中强电、弱电、冷却水、气等的在相对运动间的耦合问题的解决方案。     

Timoshenko beam-based stability and natural frequency analysis for heavy load mechanical spindles

The heavy load mechanical spindle is an important functional component in a 5-axis computer numerical control (CNC) machine tool, which is used to process large and complex free-form surfaces. It is necessary to obtain the natural frequency and analyze the spindle stability for improving the machining precision. In this paper, Timoshenko beam theory is introduced to model the mechanical spindle shaft, where the centrifugal force and gyroscopic effects are considered. Stability of the heavy load mechanical spindle shaft is analyzed, and the buckling load of the spindle shaft is obtained under different rotational speeds. The natural frequency of spindle is investigated in a freedom and restraint state, respectively. Comparing the proposed method with the simplified hollow cylinder and shaft prototype in the freedom state, the results show that they are highly correlated with experimental results. For the restraint state, the axial load, rotational speed, gyroscopic effect, and centrifugal force are discussed, and all of these parameters affect the natural frequency. The proposed modeling approach can be used for spindle design and optimization in a given machining process and can be easily extended to other spindle design.     

五轴数控空间刀具半径补偿的实现

深入分析了空间刀具半径补偿矢量的计算方法,对实现该空间刀补矢量到五轴联动数控系统中做了算法的准备和验证,并以UG NX6.0生成的刀位文件(CLSF)为坐标数据来源和五轴联动A/C双转台机床为例,开发了一个专用后置处理软件,并通过在Vericut7.0上模拟和五轴联动机床上实际加工叶片,加工结果说明了该算法的正确性和软件的实用性。     

Development of a 3-axis desktop milling machine and a CNC system using advanced modern control algorithms

In this paper, we introduce a desktop-size 3-axis milling machine and a CNC system which was developed to operate the 3-axis milling machine. The 3-axis milling machine has a mini-desktop size of 200×300×200 mm³ and its cutting volume is 20×20×20 mm³. The vertically installed XY stage is driven by voice-coil motors, and for the zaxis, a magnetically preloaded air bearing and a linear motor are used. The air spindle runs at up to 160,000 rpm. The gravity force is acting on the y-direction, so a weight balancer using an air bearing cylinder is installed to cancel out the gravity force acting on the XY stage in the y-direction. The CNC system designed for the 3-axis milling machine consists of two parts. The one is a graphical user interface program which runs under Microsoft Windows and the other is a DSP program which is implemented on a DSP board with TI TMS320C6701 chips. A G-code interpreter is included in the CNC system which can interpret and interpolate a basic set of G-codes and M-codes in real-time. To improve the performance of servo control loop in the CNC system beyond the traditional PID-type control, several modern control algorithms have been tested including H_∞ control, input shaping control, disturbance observer and cross-coupled control on the 3-axis milling machine. Experimental results show the effectiveness and drawbacks of each control scheme when they are applied to the 3-axis desktop milling machine.     

DMU50 eVolution非正交五轴机床的后置处理研究

由于DMU50 eVolution五轴加工机床具有高精度、高性价比,因此被广泛使用。然而机床工作台的B轴与机床的Y轴不重合,属于非正交结构,使得加工程序的后置处理相对困难。通过对双转台五轴机床开展结构分析,对任意刀具轨迹数据点,先求解出机床双转台的B轴和C轴后置处理转角大小,然后利用求解出的转角大小,通过坐标变换,求解出该刀具轨迹数据点对应的机床位置。利用后置处理算法开发了DMU50 eVolution五轴机床程序后置处理软件,该软件可将UG软件编制的加工程序转换为通用G代码程序。     

五轴数控机床转动轴误差元素的球杆仪检测方法

提出一种立式高速精密五轴加工中心转动轴C轴误差元素的球杆仪检测方法。建立了影响加工精度较大的C轴4项误差的球杆仪检测模式。通过机床多轴联动使球杆仪完成一圆弧轨迹运动,此过程中,采集球杆仪的杆长变化量,由数学建模及轨迹仿真,结合误差敏感方向分析,最终分离得到各误差元素值。通过对比球杆仪检测误差值与预设误差值,证明球杆仪检测法是一种高效准确的转动轴误差检测方法。