几何误差贡献值影响下五轴数控机床运动轴误差灵敏度分析方法

针对现有误差元素灵敏度分析与后续误差补偿关联性不强的问题,建立运动轴几何误差贡献值模型并提出运动轴几何误差灵敏度分析方法,以获得本身几何误差对机床精度有很大影响的关键运动轴。结合指数积理论和坐标系微分运动理论建立基于误差敏感矩阵的运动轴几何误差贡献值模型,各运动轴几何误差贡献值相加得到机床综合误差模型;计算各运动轴误差权重分量和误差综合权重实现运动轴误差灵敏度分析,选择误差综合权重平均值最大的运动轴为机床关键运动轴,并对关键运动轴的误差补偿方法进行分析讨论。最后,在北京精雕集团的五轴加工中心上进行仿真实验验证。研究结果表明:所建立模型和所提出分析方法是有效的,且只补偿关键运动轴的几何误差贡献值能有效地提高五轴机床加工精度。     

一种新的机床位置误差灵敏度分析方法

本文提出一种新的机床位置误差灵敏度分析方法。 首先基于多体理论和齐次变换矩阵建立了五轴龙门机床位置误差 模型。 其次通过截断傅里叶技术来表征与位置有关的几何误差参数,每个误差参数对位置误差的灵敏度值可表示为其傅里叶 幅值平方。 然后归一化处理,关键的几何误差参数为第 2,3,8,15 和 26 项误差。 通过与传统的 Sobol 法对比,仿真结果表明两 种灵敏度分析方法辨识的关键几何误差相同且灵敏度值相近。 此外,本文提出的灵敏度分析计算效率优于传统 Sobol 法。 最 后为了验证关键几何误差的有效性,提出了一个关于机床关键几何误差的补偿实验。 实验结果表明,补偿关键几何误差后机床 的加工精度提升了 48% 。 因此,本文提出的机床位置误差灵敏度分析方法是可行的和有效的。     

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。     

一种基于新灵敏度指标的五轴数控机床关键几何误差辨识方法

精度设计是提升机床加工精度的有效途径,而准确辨识关键几何误差并为其合理分配权重是实现精度设计的前提条 件,因此,提出了一种识别关键几何误差的灵敏度分析方法。 首先基于多体系统理论建立了机床加工误差模型,并基于该模型 构建了灵敏度分析模型,同时定义了一种新的灵敏度指标。 然后,通过仿真分析明确了第 10、17、22、24 和 37 项几何误差为关 键几何误差,同时实现了对各项几何误差分配权重。 最后,通过补偿关键几何误差和全部几何误差的方式对“ S”形检测试件进 行加工并对比其轮廓度误差,对比结果显示通过两种补偿方式获得的平均轮廓度误差在 3 条检测线上的差值很小,分别为 0. 005、0. 004 和 0. 006 mm,因此证明了提出的灵敏度分析方法的正确性。     

一种五轴数控机床的综合误差建模与补偿

研究五轴数控机床的综合误差建模与补偿方法。系统地分析了机床几何误差与热误差,并提出了其新的分类方法和一种直观形象的杆、副误差矩阵描述方法,根据这种误差描述方法建立了五轴数控机床的综合误差模型,最后根据矩阵微分法建立了机床综合误差补偿模型。     

双转台五轴数控机床误差实时补偿

以双转台五轴数控机床为对象,建立各移动轴和旋转轴运动的数学模型,以工件坐标系为基础坐标系,应用齐次坐标系变换理论,推导任一时刻各轴运动在工件坐标系中的位置误差数学表达式.针对五轴机床的移动轴和旋转轴同时运动存在耦合的情况,提出一种分步实施的解耦补偿方法,即在实施误差补偿时首先进行姿态误差补偿,通过旋转轴的旋转运动将工件的实际姿态调整到与理想姿态相同,然后通过移动轴的平移运动进行位置误差补偿,并相应建立五轴机床误差补偿数学模型.通过仿真分析和对曲面零件的实时补偿加工试验,明显提高加工精度,并有效避免直接进行补偿加工过程中可能带来的运动干涉情况,从而验证该五轴机床误差补偿数学模型及其实时补偿的可行性和有效性.     

基于几何误差灵敏度的卧式数控镗床运动精度分析

提出了一种基于几何误差灵敏度的卧式数控镗床运动精度分析方法。针对典型卧式镗床进行几何误差溯源分析,确定影响机床X,Y,Z轴运动精度的21项几何误差,基于多体系统运动学理论,考虑机床各典型体间误差耦合作用机制,建立机床的空间误差模型。借助激光干涉仪对某大型卧式数控镗床进行几何误差检测试验,将检测结果输入九线法几何误差辨识模型,分离该机床的21项几何误差,并对各几何误差进行多项式拟合,据此分析该机床的空间误差场的分布特征,并针对各几何误差项进行灵敏度分析。结果表明:X,Y轴关键误差因素为位移误差,Z轴关键误差因素为直线度误差。通过对各关键因素进行精度补偿,实现该机床空间误差场分布的优化分析。对比分析表明,补偿后的空间误差场在各线性轴分布趋于均匀,最大误差从0.056 4 mm减小为0.027 8 mm,机床的空间运动精度得到明显提高。该分析方法可为此类型机床运动精度分析及空间误差补偿提供理论依据。     

五轴数控机床几何误差建模方法研究

五轴数控机床是实现工件复杂表面精密加工的重要设备,而机床本身精度是保证加工精度的重要前提。以一台大型五轴数控加工机床为研究对象,分析各项误差,应用多体系统运动学理论,建立移动轴与旋转轴的几何误差数学模型,推导出刀具相对工件坐标系的位置与姿态误差表达式,为误差补偿提供精确数学模型,提高机床加工精度。     

四轴数控机床误差综合建模原理及分析

详细分析了机床运动副的误差运动，利用基于齐次坐标变换的方法分析并给出了一台既包含移动副又包含转动副的四轴数控机床的误差综合数学模型，此模型中不仅包含了机床的几何误差且包含了热误差共计46个误差元素。本数学模型的建立方法可为其它类型的四轴及各种五轴数控机床的误差综合建模分析及误差补偿提供参考。     

五轴数控机床综合误差补偿解耦研究

五轴数控机床具有3个移动副和2个转动副,能对复杂曲面实现高精度加工,然而其误差补偿运动却比较复杂,因为其各运动副的误差补偿运动量与刀具和工件间的误差值(位置及方向误差)间存在一定的耦合关系。通过分析五轴机床的运动特点,用齐次坐标变换的方法建立了各运动副坐标系间的变换矩阵。基于小误差补偿运动假设,分析了误差运动和补偿运动间的相互关系,对五轴机床各运动副的位置及方向误差补偿运动进行了解耦,建立了可以进行空间五个误差补偿量计算的数学模型,为五轴机床的误差实时补偿提供了理论基础。     

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。     

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。     

五轴数控机床旋转轴几何误差测量与建模

利用球杆仪对五轴数控机床旋转轴的几何误差进行了测量及建模。在测试中,五轴数控机床采用两个平动轴和一个旋转轴同步运动,球杆仪采用径向、切向和轴向三种测试路径,并在此基础上对其进行几何误差建模。     

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。     

面向航空装配六自由度钻铣机的误差分析

介绍了面向航空连接装配的数控钻铣机设计及其误差相关技术研究。采用机器人学对数控钻铣机进行运动分析;通过分析四个移动轴滚珠丝杠误差得出移动轴坐标变换,并结合谐波减速器传动误差进行建模,最终得出六自由度的几何误差综合模型;利用该模型,对钻铣机整体进行精度分析,最终得到相关零件的制造精度及装配精度,对每个关节的公差进行优化分配,使得设计经济合理,减小加工制造成本,并为后期的误差补偿打好基础。     

双转台五轴机床空间误差补偿技术研究

几何误差、热误差和切削力误差占到了机床总误差的75%,对这3项误差进行控制是提高机床加工精度的关键所在。以双转台五轴机床的空间误差作为研究对象,通过对加工位置、主要热源及电动机电流等相关因素进行分析,确定空间误差建模所需的位移变量、温度变量和切削力变量。以现有的多种误差建模方法为基础,通过对信息融合技术进行研究,提出一种机床空间误差的多模型融合预测方法,建立综合反映几何误差、热误差和切削力误差的最优空间误差模型。最后以DSP为核心,设计空间误差补偿器,实施空间误差补偿,验证补偿效果。结果显示,建立的模型预测精度较高,残差小于2μm,而实施空间误差补偿后,加工零件的轮廓误差也由15μm降到了5μm,补偿效果明显。     

五轴数控机床加工误差动态修正方法研究

为修正五轴数控机床加工误差,提高五轴数控机床加工质量,提出一种新的五轴数控机床加工误差动态修正方法.构建五轴数控机床加工误差计算模型,获取五轴数控机床加工的刀心方位、刀轴方位轮廓误差;锁定误差方位后,通过五轴数控机床误差的动态实时补偿方法,实现五轴数控机床加工误差动态修正.研究结果表明:所提方法可实现全方位、高效率的五...     

任意拓扑结构机床运动轴误差传递链建模方法

在对任意结构机床进行空间几何误差建模时,必须要获得该机床运动轴误差传递链,从而基于微分变换实现任意结构机床误差建模。通过运用多体系统理论,构建任意结构机床拓扑结构与低序体阵列,利用机床拓扑结构与低序体序列提出了机床运动轴连接支承件相对运动矩阵与机床支承件连接矩阵概念,建立了获取运动轴误差传递链的数学模型。该数学模型将描述机床拓扑结构的低序体序列与机床支承件相对运动关系结合起来,给出了获取任意机床运动轴误差传递链的建模方法。并且将利用此建模方法获得的运动轴误差传递链运用于基于微分变换的机床空间几何误差建模中,实现了对任意结构机床空间几何误差建模。最后以五轴立式加工中心为算例,验证了该运动轴误差传递链建模方法的有效性。