混联机床轴线定位精度的干涉测量与误差补偿模型

在对直线运动坐标定位精度的干涉测量原理和方法进行深入研究的基础上,对干涉测量的误差进行了分析.采用激光干涉法检测了混联机床X轴的定位精度和重复定位精度,并作出了基于测量数据的混联机床X轴单向均位偏差特性曲线,推导出了X轴正、反向运动定位误差的数学模型.利用最小二乘法拟合得到了机床直线运动坐标目标位置的均值误差补偿数学模型,提出了一种直线运动坐标定位精度的激光干涉测量方法和误差补偿模型的建模方法,并对X轴的定位精度进行了补偿.     

3-RPS并联机构运动学标定方法的研究

针对六轴混联机床中因3-RPS并联机构结构参数误差引起的精度问题,分析了影响3-RPS并联机构几何精度的误差因素,给出了并联机构的误差模型;基于影响并联机构定平台运动精度较大的几何误差参数;建立了运动学标定模型.采用阻尼最小二乘法,经多次优化迭代实现了利用一组测量数据完成非线性超越矛盾标定方程组的求解.利用激光干涉仪完成了标定用数据的测量,通过3-RPS并联机构运动学逆解和各铰链的几何标定参数,得到动平台的实际位姿.通过对标定前后的Z轴定位精度的检测及实际零件加工试验,验证了3-RPS并联机构运动学标定模型和方法的正确性和有效性.     

一种并联机器人误差综合补偿方法

针对并联机器人轨迹规划和轨迹跟踪过程中,同时存在机构误差引起的期望轨迹与理想轨迹之间的偏差和非线性摩擦、负载变化等扰动因素引起的动态误差,提出一种并联机器人误差综合补偿方法:在轨迹规划过程中,基于并联机器人位姿误差模型将位姿误差补偿转化为驱动杆参数组合优化问题,进而利用粒子群算法寻优驱动杆参数,修正并联机器人期望轨迹;在轨迹跟踪过程中,设计基于自适应迭代学习控制算法的动态误差补偿策略,实现对期望轨迹的有效跟踪。在Stewart平台下基于ADAMS和Matlab进行仿真试验,在轨迹规划和轨迹跟踪过程中,分别修正期望轨迹偏差并补偿轨迹跟踪动态误差,实现并联机器人误差综合补偿。进一步,基于混联机床进行工件加工试验,验证方法对于提高并联机器人工作精度的有效性。     

数控机床误差测量技术及其误差补偿

介绍了一种使用激光多普勒位移干涉仪对数控机床误差测量和误差补偿的方法。分轴步进体对角线测量法就是通过序列的单轴运动使机床沿着体对角线运动,这样便可以分离出数控机床的各项空间误差元素,包括直线定位误差、垂直直线度误差、水平直线度误差。然后利用测量误差自动生成补偿文件,输入数控系统,对误差进行相应的补偿。实验证明了这种测量和补偿的有效性。     

精密机床液体静压导轨直线度误差检测与分析

采用RenishawXL-80激光干涉仪检测液体静压导轨运动的直线度误差,对直线度误差和干涉测量的原理进行了探讨。并在不同环境下进行直线度误差测量,根据测量结果做出了直线运动偏差特性曲线。对测得的多组数据进行分析,消除了系统误差,进行了正态性检验,剔除了粗大误差,得出了基于t分布的表达方式并进行了t检验。检验结果表明,导轨直线度误差约为2.791μm/360mm,且在振动小、噪声小、光照弱、安静的环境下直线度误差较小,测得的数据较准确。     

混联机床五轴联动加工时刀摆的非线性误差分析与控制

分析了3-TPS混联机床在实现五轴联动加工时的非线性误差,给出了采用自适应线性法减小非线性误差的方法。所得出的非线性误差表达式具有一定的通用性,可以对三维意义下的刀具包络成形误差进行估计。研制的3-TPS混联机床可以实现复杂零件的三轴联动（立式、卧式）,四轴联动及五轴联动加工。     

数控机床几何精度综合解析与试验研究

以对机床精度影响较大的几何误差为对象,通过理论与试验相结合,对其进行较深入的研究。基于多体系统理论,综合考虑各轴定位误差、直线度误差以及角度误差等几何误差元的耦合作用,提出一种机床综合误差建模方法,并在机床坐标系下建立三轴数控机床综合误差模型。通过利用激光干涉仪的大量试验得出定位误差、直线度误差以及角度误差曲线,分析证实定位误差相对于直线度误差和角度误差影响更为显著。以此为基础,进一步研究工作空间综合误差在各轴各误差元耦合作用下的分布和演变规律,发现综合误差在某轴向的分量与该轴的定位误差非常接近,给出定位误差是影响综合误差的决定性因素的结论。机床几何精度的分析对于机床精度补偿方法的选取与运用具有理论和实际意义。     

虚拟轴机床的发展趋势——混联机床

分析纯并联结构虚拟轴机床存在的问题 ,指出混联机床是虚拟轴机床新的发展方向并介绍混联机床的典型结构 ,讨论发展混联机床的对策和措施     

混联数控机床虚拟加工系统的研究与开发

针对混联机床加工过程中干涉检查、空间刀具半径补偿及编程难等问题,分析了混联机床运动学逆解,提出了一种空间任意面内的刀具半径补偿方法,给出了干涉检查的判断条件。以V is-ual C++为开发环境,应用AutoCAD二次开发工具ObjectARX,建立了由NC代码驱动的混联数控机床加工仿真系统,实现了以真实加工条件为依据的加工过程实时动态模拟,预估加工的过程和结果,为检查NC代码的正确性提供了可靠的依据。     

一种五轴联动混联机床的性能分析

混联机床是串、并联机构以及机器人技术的结合,兼顾了各自优点,已越来越多地应用于复杂工件的加工中。提出一种可完成五轴联动的混联机床,同时分析该机床加工过程的实现及原理;基于并联模块中杆长约束条件,构建加工过程中的运动学模型;并利用速度投影,求解出并联模块雅可比矩阵;结合拉格朗日方程以及雅可比矩阵,建立机床动力学模型。最后结合Matlab对理论分析结果进行数值计算,并在已知机床切削量的情况下,求解机床驱动端位移、速度以及驱动力输入情况;结合运动学结果,对机床工作空间进行了分析。结果表明,该混联机床具有良好的运动学、动力学以及大范围工作空间等性能,并能满足复杂零部件的加工,也为混联机床的开发和研究提供理论依据。     

激光切割机结构优化及几何精度分析研究

以加工幅面为720 mm×600 mm的激光切割机为研究对象,利用有限元方法对其进行整体结构刚度分析;建立激光切割机几何误差模型,结合激光干涉仪测试切割机动、静态下激光切割机导轨直线度、角度误差及运动速度等数据,对其几何精度和定位精度进行了分析研究.研究结果表明:利用有限元对切割机进行的结构优化改进,可有效减小激光切割...     

A high-precision five-degree-of-freedom measurement system based on laser collimator and interferometry techniques

A novel sensitivity improving method for simultaneously measuring five-degree-of-freedom errors of a moving linear stage is proposed based on collimator and interferometry techniques. The measuring principle and parameters of the system are analyzed theoretically. The experimental results proved that the resolution of the linear displacement of the proposed method has twice that of the current linear interferometer, and the resolutions of the two-dimensional straightness error measurement can be improved by a factor of 8 compared with the movement of the retroreflector itself by using multireflection and lens magnification. The resolutions of the pitch and yaw angular error measurement have been improved by a factor of 10 compared with the rotation of the plane mirror itself by using expander lenses. The whole measuring system is characterized of simple structure, small volume, and high precision. The moving component of the measurement system is wireless, which eliminates the errors and inconvenience introduced by the wire connection. Calibration and comparison tests of this system compared with Renishaw laser interferometer system have been carried out. Experimental results show good consistency for measuring a linear guide way.     

Development in laser interferometry for position sensing

Interferometric developments which improve the performance of the laser interferometer as a position sensing device are described. The double pass attachment is an optical accessory which doubles the resolution of the Hewlett-Packard linear and plane mirror interferometers. Unlike previous attempts to extend resolution optically, this device does not fold just one of the two interfering beams and hence does not introduce error due to its own motion. Simple addition of a quarter wave plate to the attachment gives a differential version of the plane mirror interferometer. Various configurations of this differential interferometer, and their application to machine tools and to integrated circuit lithographic and inspection equipment, are discussed. A new ‘wavelength tracking’ device, based on differential interferometry, directly and precisely monitors changes in laser wavelength inside a highly stable mechanical cavity. Easily incorporated as an additional interferometer axis, the device improves compensation for changes in laser wavelength.     

辊筒模具超精密机床系统设计与工艺

为了提高国内大尺寸光学微结构薄膜的光学级模具制造水平,打破国外在辊筒模具超精密加工装备的垄断,完成了国内首台套大尺寸光学微结构辊筒模具超精密机床的设计、集成以及典型微结构工艺的研究工作。首先,根据辊筒模具表面微结构加工工艺的特点,分析了辊筒模具超精密机床的关键技术并完成了机床结构与运动控制系统设计。在机床系统集成后,完成了运动控制系统的调试。直线轴执行阶梯运动完成了直线轴运动分辨率的测试。其次,通过准直仪和激光干涉仪完成了机床关键轴系的直线度及定位精度的测试和补偿。最后,采用多步切削法切削实验,以降低毛刺高度为目标,完成了V槽阵列的加工工艺参数优化。经测试,该超精密加工机床的直线运动分辨可达到5nm,直线轴的双向定位精度均优于1μm/1 100mm;采用多步切削法加工V槽阵列,最后一次切削深度建议在1~2μm,可以获得合格的V槽阵列。     

数控机床空间误差球杆仪识别和补偿

提出了多轴机床空间误差的球杆仪识别方法和补偿技术。建立了机床刀尖相对工件的空间误差的误差参数模型;给出了在机床工作空间中三个互相垂直的平面内,用球杆仪测量圆周运动的半径误差结合机床的空间误差模型识别定位、直线度、角度、垂直度和反向间隙等误差参数的方法。补偿试验结果证明该误差识别与补偿方法省时有效。     

数控机床误差检测及其误差补偿技术研究

使用Renishaw激光干涉仪和高精度位移传感器实现了机床线性定位误差和主轴热误差的测量。通过补偿机床螺距和丝杠间隙误差,实现了机床线性定位误差的补偿。同时,使用PMAC控制卡对数控系统的G代码指令进行了实时修改,实现了机床主轴热误差的实时补偿。分析补偿后的机床,发现机床的加工精度得到了很大提高,表明该补偿效果明显。     

机械制造业数控机床几何误差自动控制

为了降低数控机床几何误差,提升加工精度,提出机械制造业数控机床几何误差自动控制方法。通过激光跟踪仪辨识机械制造业数控机床的几何误差,采用快速定位补偿算法与圆弧插补补偿算法相结合的方法补偿数控机床几何误差。利用计算机辅助制造软件生成刀位文件,依据刀位文件生成数控机床加工程序,通过补偿控制器生成数控机床各轴运动的控制指令,数控机床伺服系统接收控制指令后,自动控制数控机床各轴运动,以达到数控机床几何误差自动控制的目的。实验结果表明,采用该方法自动控制数控机床几何误差后,方向与角度的几何误差分别低于0.03 mm与0.1°,实际应用效果较好。     

Kinematic errors identification of three-axis machine tools based on machined work pieces

Evaluating machine tool performance under machining conditions is generally used as the final test in machine tool industry. The seventh part of ISO-10791 describes a machining test using the accuracy of a finished work piece to determine the accuracy of three-axis machine tools. However the kinematic errors cannot be distinguished from each other by means of these test pieces. In this paper a new method to identify the kinematic errors of three-axis machine tool is proposed. A set of test pieces are designed where the kinematic errors of a machine tool can be measured separately along X, Y and Z directions. A volumetric error model is also presented based on the measured errors. This method is initially evaluated in virtual environment and then with some test pieces designed for this purpose. The results are compared with the laser interferometry measurements. It is shown that the measured positioning and straightness errors are consistent with the laser interferometry results. Angular errors measured by the test pieces are also complied with the laser interferometry results as long as the angular error magnitudes are large enough.