减小CNC机床定位误差方法的研究

提出了基于“华工2000型”数控系统CNC机床的定位误差的一软件补偿方法，该方法克服了等间距定位误差补偿的缺点，使定位误差补偿的位置可随机设定，建立了数控机床定位误差软件补偿的数学模型。在ZJK7532加工中心上进行的补偿实验表明，采用本补偿方法能使机床的定位误差减小70％以上。     

精密数控机床多主轴系统热平衡试验

对现有的精密数控机床主轴系统进行常规工况实验和空运转实验,提出一种数控机床热平衡试验方法,通过该实验方法可以获得数控机床主轴系统的热敏感点、温度场数据和热位移场数据以及热平衡时间等热态特性,以校验理论仿真分析,并建立误差模型,从而实现对主轴系统热特性的快速校核与加工误差补偿.在具有3个独立磨头主轴系统的直线滚动导轨精密曲面成形数控磨床上,开展多主轴系统热平衡试验方法的具体案例研究,获得了其中两个理论上相同的立式磨头的主轴系统温升变化曲线、热变形变化曲线和热平衡时间等不同的热态特性,论证了多主轴热平衡实验对于消除多主轴机床差异性上的重要性,弥补了多轴系统热态特性分析在理论上分析的不足.通过将热平衡试验获得多主轴系统的热态特性结果用于指导热误差补偿工作,减小了机床热误差控制及补偿难度,提高了机床加工直线导轨曲面精度与工作效率.     

Interpolation-based contour error estimation and component-based contouring control for five-axis CNC machine tools

High accuracy contour error estimation and direct contour error control are two major approaches to reduce the contour error. However, two key factors make them complex for five-axis machine tools: the nonlinear kinematics and the coupling between the tool position and orientation. In this study, by finding the reference point nearest to the current actual position, and interpolating the point with two neighboring reference points and using the distance ratio, a new contour error estimation method for five-axis machine tools is proposed, which guarantees high accuracy while depending on only the reference points. By adding a weighted contour error on the tracking error in the workpiece coordinate system, and specifying a desired second-order error dynamics based on the error variable, an effective contouring control method is proposed, which can alleviate the problem: when the contour error components are introduced into the controller, the contour errors increase instead in some regions of the tracking trajectory. A series of experiments are performed on a tilting-rotary-table (TRT) type five-axis machine tool. The results reveal that the proposed estimation method has high accuracy, and compared with the case without contour error control, the proposed control approach can reduce the contour error along the whole trajectory.     

基于球杆仪的数控机床空间误差建模与检测方法研究

为改善传统的数控机床空间误差检测方法检测时间长、成本高、操作复杂等缺点,提出一种新的基于球杆仪的空间误差分析与检测方法。沿半球螺旋线轨迹对数控机床空间误差进行检测,并利用多元回归分析理论建立空间误差的综合模型;利用所建的回归模型对不同检测点的误差进行预测和补偿。实验结果表明,该方法可将实验所用的立式加工中心几何误差减小80%左右。       

基于注意力机制的数控机床热误差深度学习预测方法

为提高热误差预测精度和鲁棒性,提出一种基于注意力机制和深度学习网络的数控机床热误差预测模型。采用数据转化策略,将数控机床原始温度数据转化为温度图像,直接作为深度学习网络的输入;提出一种基于注意力机制的温度敏感点识别网络,根据温度测点与热误差关联程度,赋予各温度测点不同的权值,避免了温度测点的人为选取弊端;建立12层深度CNN学习预测网络,利用其强大的图像特征学习能力,挖掘温度图像与热误差的非线性映射关系,无需对温度关键点进行预选择,保留了更多的热误差与机床温度特征关系,显著提高了模型预测精度。为了提高热误差模型的精度与泛化能力,引入Dropout正则化方法和Adam优化算法,对深度卷积神经网络的结构与参数进行了优化。该方法在针对G460L型数控车床的热误差验证中表现出较高的预测精度。通过与BP神经网络和多元回归等传统热误差模型进行对比,深度卷积神经网络框架下的热误差模型在泛化性指标上表现更优。     

大型龙门机床的直线度误差建模及误差补偿

为减小大型龙门数控机床空间直线度误差,提高国产数控机床加工精度,提出基于B样条曲线的空间直线度误差模型及其补偿方法。使用激光干涉仪分别检测三轴龙门数控机床6个方向的直线度误差,应用B样条方法建立空间直线度误差数学模型.利用数控系统外部机械原点偏移功能,应用自主研发的误差实时补偿系统并依据基于B样条曲线的空间直线度误差数学模型,实现对大型龙门数控机床的空间直线度误差补偿.采用两轴联动补偿切削导轨面的方法进行试验,并与多项式模型和斜线插补模型进行对比,结果表明:B样条模型补偿后的导轨直线度最优,检测的导轨各方向直线度误差均减小90%以上,显著提高了大型龙门数控机床加工精度.     

Sinumerik840D的误差补偿技术

利用数控系统的误差补偿技术可以在成本投入不大的情况下提高机床的加工精度。西门子Sinumerik840D数控系统提供了多种误差补偿功能,用来弥补因机床的机械部件制造、装配工艺和环境变化等因素引起的误差。通过说明多种误差产生的原因,阐述Sinuraerik840D数控系统中反向间隙、螺距误差和垂度误差的补偿原理和补偿方法,这对推广误差补偿技术、进一步提高机床的加工精度有一定的借鉴作用。     

基于改进贝叶斯的重型数控机床可靠性研究

重型数控机床在机械加工领域占据重要地位,因此提高其可靠性以及加工精度,对我国工业发展有重要意义。重型数控机床具有结构复杂、故障溯源困难、样本少、数据不足等缺点,因此对其进行可靠性研究比较困难。针对这一问题,采用双参数的威布尔分布建立机床的可靠性模型,引入贝叶斯理论对其进行参数估计,并通过马尔科夫链蒙特卡洛方法(MCMC)计算参数估计结果。对贝叶斯参数估计法中的待估参数进一步分析,得到多层次的贝叶斯模型,并通过参数仿真实验分析其准确性。采用标准均方根误差值及置信区间宽度进行模型优劣的对比,结果表明,改进后的贝叶斯方法参数估计结果精度更优,更有利于建立机床可靠性模型。     

三维空间刀具半径补偿算法实现

对五坐标数控机床进行按结构分类,根据旋转轴和直线轴运动中产生的非线性误差分析,针对现有的二维刀具补偿原理,利用运动学变换算法推导三维空间的刀具半径补偿公式,并在误差范围内对算法公式进行了结果验证,较好实现了功能,为研究空间刀具半径补偿技术提供了一种新的手段。     

基于高速切削加工工件测试的误差分离及误差补偿

机床 -夹具 -工件 -刀具系统的每项误差都会映射到加工工件上 ,通过测试加工工件可将影响工件加工精度的误差源分离出来 本文介绍一种通过在位测试和加工后离线测试车削中心上加工工件而进行误差分离的新技术 ,并应用参数化编程方法对误差进行软件补偿以提高零件加工精度     

五轴数控机床综合误差建模评价方法研究

针对五轴数控机床精度综合评价分析的需要,提出了一种对机床几何误差和伺服误差进行综合评价的方法。该方法通过机床线性轴和旋转轴联动的方式,利用球杆仪进行圆度误差检测,根据所建立的误差分析评价模型,通过对机床运动过程中的各项误差对机床总误差的影响进行分析得知,随着进给速度的增加,机床的几何误差基本保持不变,而伺服误差在机床总误差中所占比重逐渐增大,当进给速度增大到10 000 mm/min时伺服误差占机床总误差的75%左右。实验结果表明本机床误差评价模型具有较高的准确性,分析结果可为机床的误差补偿提供计算依据。     

Cross-coupled controller design for triaxial motion systems based on second-order contour error estimation

The cross-coupled control(CCC)is widely applied to reduce contour errors in contour-following applications.In such situation,the contour error estimation plays an important role.Traditionally,the linear or second-order estimation approach is adopted for biaxial motion systems,whereas only linear approach is available for triaxial systems.In this paper,the second-order contour error estimation,which was presented in our previous work,is utilized to determine the variable CCC gains for motion control systems with three axes.An integrated stable motion control strategy,which combines the feedforward,feedback and CCC controllers,is developed for multiaxis CNC systems.Experimental results on a triaxial platform indicate that the CCC scheme based on the second-order estimation,compared with that based on the linear one,significantly reduces the contour error even in the conditions of high tracking feedrate and small radius of curvature.     

数控装备误差补偿关键技术研究

制造业虚拟工厂模式可以降本增效、优化服务质量,是应对全球化激烈竞争的不二选择。在该模式下,为不断提升产品质量,主要研究与之生产过程相关的数控装备精度提升关键技术即误差补偿关键技术,具体包括误差源分析、误差建模、误差测量及误差数据处理。由此,以五轴机床为数控装备的代表,找出了影响其精度的45项几何误差;并通过误差建模,构建了这45项误差与五轴机床系统总误差的关系;其次,根据五轴机床误差特性,构建了测量系统,并证实了该系统的有效性;最后,针对测量数据,展开误差处理分析,解决了非测量节点数据问题,同时大幅降低了数据量信息,为快速有效地进行误差补偿奠定了数据基础。     

现役普通机床的开放式CNC改造

本文分析了对现役普通机床进行ＣＮＣ改造的必要性，提出用开放式平台系统的思想对机床进行ＣＮＣ改造能使数控机床的设计、制造、维修与更新按组合集成的方式进行．     

SIMODRIVE 611馈电模块的功能分析及故障诊断

在数控机床中,驱动系统是实现机械部件与电气部分良好匹配的关键,也是保证数控机床稳定性、加工精度以及动态响应性能的关键。针对实际应用中的要求,分析了SIMODRIVE611系列驱动馈电模块的基本功能,通过功能框图的形式,描述控馈电模块的运行机制与电源转换。同时,分析了馈电模块的故障诊断机制以及各类故障的解决方案。     

多传感器系统误差特性匹配的动态估计与补偿算法

针对非合作目标场景下多传感器系统误差估计的工程应用问题,提出了一种面向工程应用的多传感器相对系统误差动态估计与适配性处理算法(μ-DECA),提高了多传感器融合系统的精度和稳定性。建立了系统误差实时估计模型,设计了一种多传感器相对系统误差动态迭代估计与补偿算法,使得各传感器原始点迹和融合航迹的误差特性趋于一致,克服了多传感器系统点航迹关联的困难,保证了相对系统误差估计与补偿的正确性。通过不同设备多个场景的实测数据,验证了该方法能够补偿环境等因素对传感器系统误差的影响,提高了多传感器融合的精度和稳定性,改善了多传感器融合系统输出点迹的质量。     

基于函数性数据分析的数控机床瞬时可用度建模

借助于函数性数据分析方法,提出了一种求解数控机床瞬时可用度方法。首先以四次Bernstein多项式为基函数对可靠度估计值进行平滑,并采用最小二乘法估计基函数拟合参数。其次,对维修度估计值按照故障发生时间截面进行跨截面套准,按维修度套准后的变化趋势,选择傅里叶基函数对其进行平滑处理,并采用非线性最小方差法求解拟合系数。最后,通过构建基于函数性线性回归模型建立了数控机床瞬时可用度模型,并以18台加工中心为实例进行分析。实例分析表明,该建模方法瞬时可用度拟合相关系数达到0.9641,能有效地对数控机床的瞬时可用度进行评估。     

基于组合赋权的数控机床精度模糊评价

针对数控机床精度评价时主观权重人为因素强、客观权重过于依赖样本的问题,提出一种基于组合赋权的模糊评价法。该方法将基于序关系分析法的主观权重和熵值法的客观权重进行组合,并结合层次分析法构建目标权重矢量,然后通过建立机床各评价指标的判断矩阵,利用模糊综合评价法获得机床精度综合评价结果。文章以数控龙门铣床为例验证了该方法的合理性和可行性。该方法可为数控机床的选用提供依据,也可为机床性能的改进和提高提供参考。     

数控机床可靠性信息系统信息建模

可靠性信息建模是开发数控机床可靠性信息系统的关键.提出了一种数控机床可靠性信息建模的新方法———功能元法,定义了功能元法的基本概念和基本理论,得出了基于功能元法的数控机床功能信息抽象方法和故障模式及原因等可靠性信息抽象方法,应用于某国产数控车床故障模式与影响分析(FMEA)的信息建模.结果表明:该方法适用于对不同种类数控机床进行不同深度可靠性分析的信息建模.以此方法开发的数控机床信息系统已应用于国产数控车床、数控冲床、数控轴承磨床、线切割机床等的可靠性增长,数控机床的平均无故障时间显著提高.     

五轴机床旋转轴几何误差分析与补偿

五轴机床旋转轴之间装配所导致的位置无关几何误差（PIGEs—Position independent geometric error）是决定机床精度的关键因素,如何量化PIGEs对位姿精度的影响程度以及误差项之间的耦合作用强弱,从而合理地确定补偿值的权重系数是目前机床误差补偿技术所关注的热点问题。为降低五轴机床装配导致的PIGEs对机床精度的影响,首先,基于多体系统理论及齐次坐标变换方法建立了混合式五轴机床几何误差综合模型,表征了空间误差向量与几何误差项之间的映射关系。其次,考虑几何误差的分布特性,引入Morris全局灵敏度分析方法量化几何误差的作用效果及误差参数间的耦合强弱,通过灰色关联度分析表征误差的敏感性系数与位置向量、姿态向量间的关联程度,基于分析结果确定位置无关几何误差补偿值的权重系数。最后,以摆头-转台为特征的混合式五轴机床为例,进行基于球杆仪(DBB-Double ball bar)的几何误差测量辨识实验,利用辨识值进行虚拟圆锥台轨迹测量、误差补偿和复杂曲面零件加工实验。结果显示：十项几何误差对姿态误差的直接作用效果最为明显,利用基于敏感性分析的修正补偿值进行误差补偿后,虚拟圆锥台测量轨迹的半径偏差减小了65.1%,圆度误差降低了58.8%。基于误差分析实施误差补偿后,“S”型工件的轮廓精度平均提升了49.9%,误差补偿结果验证了误差分析结果的准确性和有效性。