基于微分变换的数控机床几何误差建模的研究

研究多轴联动数控机床几何误差建模的问题。将运动轴的几何误差等效为微分运动,利用微分变换来描述各运动轴的微分运动对机床理想变换造成的误差,由此提出基于微分变换的几何误差建模方法。在分析机床运动链时,选择以工件坐标系为基准,使误差模型的基准与编程基准一致。用一条运动链完整表达运动轴的传动关系。最后进行了三轴联动测试轨迹的误差补偿试验,补偿后的轨迹精度得到了显著的提高,验证了误差模型正确性及有效性。     

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。     

基于商空间的五轴数控机床几何误差标定与补偿算法

提出了一种基于商空间和指数积的五轴数控机床几何误差标定与补偿算法。首先,利用提出的机床几何误差标定模型可以快速、准确识别出机床各运动轴的实际旋量坐标,采用商空间法去除伴随变换冗余参数,避免了旋量坐标重复正交化和归一化。其次,采用基于微分法的雅克比矩阵补偿算法,可以在不求取机床运动学逆解的情况下,对机床几何误差进行补偿。最后,通过MATLAB仿真对误差标定模型和补偿算法模型进行验证。     

基于平面约束的机器人误差补偿方法

提出了一种简单实用、成本较低的基于平面约束的机器人误差补偿方法,首先利用改进的D-H法建立机器人运动学模型并通过微分变换原理得到误差传递雅可比矩阵,通过控制机器人末端执行器对标准平面进行示教,根据所测点理论上都处于同一平面这一特性建立机器人参数误差辨识模型。为避免辨识雅可比矩阵出现奇异而导致模型求解不完整,采用了Levenberg-Marquardt算法对普通的最小二乘法进行修正,对误差模型进行求解。最后将求解的参数误差补偿到控制器中从而提高机器人定位精度,并通过试验验证了该方法的有效性。     

基于G代码修改的数控机床几何误差补偿方法

为减小数控机床的空间运动定位误差,研究了一种基于G代码修改的几何误差补偿方法。以多体系统理论为基础,构建起多轴数控机床的通用误差模型,并据此建立了三轴数控机床空间误差模型。提出三维空间内任意直线轨迹的直线插补补偿算法和可提高圆心位置精度的平面内圆弧插补补偿算法,且这2种补偿算法都可分别设定不同的插补精度。采用修改G代码方式实现补偿方法的通用性,在XZOY型三轴数控机床上开展了误差补偿实验,验证了其有效性。     

TTTRR型五轴数控机床通用几何误差补偿关键技术的研究

基于多体系统运动学理论,针对TTTRR型五轴数控机床几何误差补偿的关键技术进行研究,建立误差模型,并推导出其精密加工方程和逆变数控指令的求解方法。在此基础上基于OpenGL开发了五轴数控机床刀具加工轨迹仿真模块,以便真实展现空间自由曲面加工路径,并加以对比,验证误差补偿效果。     

带摆角头五轴数控机床几何误差建模及补偿方法研究

研究带摆角头五轴数控机床几何误差建模方法及误差补偿技术.基于多体系统运动学理论,阐述带摆角头五轴数控机床的拓扑结构及其低序体阵列,建了五轴差模型.根据该误差模型研究了带摆角头五轴数控机床的几何误差软件补偿计算方法,分别建立理想条件与实际条件下刀具路线、数控指令及刀具轨迹三者间的相互映射关系,给出数控指令修正值的具体算法及迭代计算求解终止判别条件,通过该方法可获得修正后的数控指令,从而解决软件误差补偿的关键问题该补偿方法直接、简明,具有很好的通用性.     

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。     

数控机床位置误差建模与补偿

基于空间机构的分析与综合,利用机器人运动学中的齐次变换,提出了数控机床几何误差的一般模型,并针对一台立式加工中心,验证了模型的正确性。所提出的模型和结论,可推广应用于多轴数控机床的误差建模与补偿。     

数控机床位置误差建模与补偿

基于空间机构的分析与综合,利用机器人运动学中的齐次变换,提出了数控机床几何误差的一般模型,并针对一台立式加工中心,验证了模型的正确性。所提出的模型和结论,可推广应用于多轴数控机床的误差建模与补偿。     

Geometric error compensation for multi-axis CNC machines based on differential transformation

As the geometric errors of motion axis can be equivalent to the differential movement, regarded as a differential operator based on its ideal position, a new modeling method for multi-axis CNC machines based on differential transform theory is proposed in this paper. First, the workpiece coordinates is selected to observe the errors of the tool pose. Then, a general geometric error model for multi-axis machines is established. Moreover, the Jacobian matrix is applied to describe the relationship between the tool pose error vector and the compensation error vector. All the elements of the matrix are obtained by computing the differential operators instead of computing the partial derivatives. The compensation errors vector is solved using the pseudo-inverse Jacobian matrix. Finally, an automatic modeling procedure is developed to construct the geometric errors for multi-axis machine tools. An experiment on a five-axis machine tool is conducted to test and verify the proposed method. The results show that the proposed method dramatically improves the overall position accuracy of the test tool path.     

数控插齿机的误差建模与误差补偿解耦

为提高数控插齿加工精度,需对其误差进行补偿。通过分析插齿机床的运动特点,建立了插齿机运动模型;基于机床误差运动学原理,推导出用齐次变换矩阵描述的刀具相对于工件的误差模型;基于小误差补偿运动假设和微分变换原理,对各轴运动副的误差补偿量与刀具相对于工件的位置及方向误差模型间存在的耦合关系进行了解耦,获得了影响插齿加工精度的各运动副位置或方向误差补偿量。     

[误差建模及精度保证方法]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。     

三轴数控铣床切削力引起的误差综合运动学建模

使用齐次坐标变换的方法建立了三轴数控铣床的切削力误差综合数学模型。首先基于三轴数控铣床的结构分析对切削力误差元素进行识别,然后在机床各运动部件上建立一系列坐标系并推导出各相邻坐标系间的齐次坐标变换矩阵,最后根据切削加工中刀具切削点与工件正被切削点在基坐标系中的坐标值相同列出等式,推导出切削力误差综合模型。该模型包含30个对机床加工精度影响较大的切削力误差元素,适用于计算误差补偿时的补偿量。
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数控机床工作台误差综合补偿方法研究

针对由几何误差与热误差引起的数控机床工作台与主轴之间相对位置变动的问题,通过试验分析其在不同温度状态下的误差数据,得到机床工作台平面度误差随热变形保持不变的规律,并提出了一种数控机床工作台平面度误差与主轴热误差的综合补偿方法。该方法通过分别建立工作台平面度误差模型和热误差模型,并运用叠加原理建立综合误差补偿模型,对传统固定单位置点建模补偿方法的原理性缺陷进行了改进。结合机床关键部件的实时温度值和刀具位置的实时坐标值,计算出了全工作台各区域各温度阶段的误差补偿值,进而实现了全工作台主轴轴向综合误差的实时补偿。检验及分析结果表明,相比于传统固定单位置点热误差建模补偿方法,该方法所建模型残余标准差减小约7μm,精度提高比例达到50%;单次最大补偿残差减小约11μm,精度提高比例达到60%,大幅度提高了机床的加工精度。     

A novel error compensation implementing strategy and realizing on Siemens 840D CNC systems

Error compensation implementing strategy of CNC machine tools is a key technique. Basing on handwheel offset function of CNC system, a novel error compensation implementing strategy were proposed, and an error compensator is developed to realize the error compensation implementing on machine tools with Siemens 840D CNC systems, which communicates with CNC system by the DRF offset function and substitutes for electronic handwheel of CNC system. The error compensator’s hardware and software systems, in which multithread technique was used to parallel run to avoid CPU’s long-playing employment by one task, were developed. Finally, to test the feasibility of the implementing strategy, an experiment was carried out to compensate geometric error of a heavy-duty CNC floor-typed boring and milling machine tool. Experimental results show that error synthetic compensation equipment developed in this paper can perfectly implement error compensation function.     

基于D-H矩阵的3-RSR并联机器人的误差建模

本文通过选取3-RSR并联机器人的任意一条支链作为研究对象,利用D—H矩阵建立动平台相对于静平台的位姿关系矩阵,采用矩阵微分法推导出机构原始误差到末端执行部分的误差映射模型。该模型包含了机构全部的几何原始误差,同时将末端执行部分位姿误差与原始几何误差间的非线性隐式函数关系简化为线性显式函数关系,是进一步研究误差补偿的基础。     

五轴铣削加工精度预测系统开发研究

五轴联动数控加工运动复杂,影响零件加工精度的误差因素很多,针对目前五轴加工误差模型比较单一,还没有将多个误差因素综合考虑起来进行分析及预测的现状,提出了基于多体系统理论建立工艺系统综合误差模型的统一方法,详细研究了工艺系统综合误差模型的计算机映射方式,基于VS2010与OpenGL开发了具有可视化交互界面的五轴铣削加工精度预测系统,可在加工前对零件的加工精度进行预测。实际切削加工试验证实了该系统对零件加工精度预测的准确性和有效性,表明基于多体系统理论的精度预测方法是可行的。     

[误差建模及精度保证方法]双五轴数控铣削机床旋转轴误差辨识方法

为了快速、系统地辨识双五轴数控铣削机床旋转轴几何误差，提出了一种基于R-test的误差测量辨识方法。根据R-test误差模型研究误差测量值与各项误差参数的关系，辨识旋转轴各个几何误差项以得到旋转轴的安装误差和运动误差；利用最小二乘法原理平面圆拟合和直线拟合的方法分别辨识出2项位移误差和2项垂直度误差；基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立刀具坐标系与工件坐标系的齐次坐标变换模型，并辨识出3项移动误差和3项转动误差；最后，根据所得辨识值对X向和Y向位移误差进行补偿。实验结果表明，补偿后X向和Y向位移误差明显减小，误差补偿结果验证了测量、辨识的准确性和有效性。     

FANUC数控机床螺距误差的检测分析与应用

Fanuc数控机床在我国数控加工领域占据着主导地位,它的精度和性能指标直接取决于数控机床的定位精度和重复定位精度。在实践应用中,数控系统的螺距误差补偿功能是最节约成本且直接有效的方法。利用激光干涉仪或步距规测得的实际位置与数控机床移动轴的指令位置相比较,计算出全程上的误差分布曲线,在数控系统控制移动轴运动时考虑该误差差值并加以补偿,可以使数控机床的精度达到更高水平。