立式加工中心空间几何误差辨识解析及定位误差补偿研究

为大幅提升立式加工中心加工精度,满足当代数控机床对高精度的需求,针对立式加工中心3个运动轴,深入分析了其轴向运动空间几何误差,提出了可有效辨识运动轴轴向运动空间6项几何误差的辨识方法.建立了空间6项几何误差辨识模型,并针对关联轴联动垂直度误差进行了有效分析,建立了垂直度误差辨识解析模型.同时,针对3个独立运动轴轴向定位...     

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。     

数控机床几何误差特性及其测量方法研究

分析了数控机床几何误差和定位误差的异同。指出了数控机床定位误差测量的前提条件是误差值要表示为指令位置点坐标的函数,从而进一步明确了数控机床满足这一条件的基本要求。在此基础上,提出了数控机床末端定位误差的基本特性是相对性、位置依赖性、连续性。并用试验的方法验证了以上特性,为数控机床的误差测量、误差补偿提供了理论依据和实践方法。     

Prioritization analysis and compensation of geometric errors for ultra-precision lathe based on the random forest methodology

Geometric errors remarkably affect the dimensional accuracy of parts manufactured by ultra-precision machining. It is vital to consider the workpiece shape for the identification of crucial error types. This research investigates the prioritization analysis of geometric errors for arbitrary curved surfaces by using random forest. By utilizing multi-body system (MBS) theory, a volumetric error model is initially established to calculate tool position errors. An error dataset, which contains information of 21 geometric errors, workpiece shape, and dimensional errors, is then constructed by discretizing the workpiece surface along the tool path. The problem of identifying crucial geometric errors is translated into another problem of feature selection by applying random forest on the error dataset. Moreover, the influence extent of each geometric error on the dimensional accuracy of four typical curved surfaces is analyzed through numerical simulation, and crucial geometric errors are identified based on the proposed method. Then, an iterative method of error compensation is proposed to verify the reasonability of the determined crucial geometric errors by specifically compensating them. Finally, under compensated and uncompensated conditions, two sinusoidal grid surfaces are machined on an ultra-precision lathe to validate the prioritization analysis method. Findings show that the machining accuracy of the sinusoidal grid surface with crucial geometric error compensation is better than that without compensation.     

数控机床几何误差建模及误差补偿的研究

基于多体系统运动学理论，建立了一种通用的数控机床几何误差模型，该模型易于实现计算机自动编程，能够广泛的应用于各种不同类型的数控机床上。给出了实现误差补偿的算法和程序流程图，特别针对直线与圆弧的分段处理进行了研究，结出了分段方法及坐标求取方法。最后，以一台三轴立式加工中心为例，对其21项几何误差进行了辩识，通过实验验证了误差补偿的效果。     

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。     

基于多体系统理论的汽车凸轮轴磨削几何误差建模与辨识技术理论研究

针对汽车凸轮轴磨削加工中存在的精度问题,从提高MKS8332A数控凸轮轴磨床几何精度出发,以达到提高凸轮轴磨削精度和加工效率为目的进行了相关研究。运用多体系统运动学理论,分析并建立了该磨床磨削高精密凸轮轴过程的几何误差模型,推导出了该磨床精密加工运动约束条件方程;在多体系统理论误差参数辨识模型基础上,结合球杆仪测量原理所提出的辨识方法,能够很好地对该磨床的几何误差参数进行辨识;在此基础上研究了精密数控指令和逆变凸轮廓形的求解算法、理想数控指令的生成方法、砂轮轮廓误差的计算方法;最后给出了凸轮廓形曲线的拟合方法和刀具路线的计算方法。      

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。     

数控成形砂轮磨齿机床几何误差分析与函数补偿法

以QCYK7332A数控成形砂轮磨齿机为例,对机床误差进行了分析。应用多体系统理论以及齐次坐标变换建立了几何误差模型,得到了此模型下砂轮尖的6个自由度误差表达式,并在此基础上以机床B轴为例,说明了运动轴误差转化到磨具上,从而引起所加工齿轮的齿距、齿形、压力角等误差。为了减小误差,提出了函数补偿法,并以测量机床的X轴角度误差为例,说明机床误差预测以及实时误差补偿的过程,为提高数控成形砂轮磨齿机精度、减小机床的几何误差提供了理论依据。     

[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。     

Application of Ball Bar System and Genetic Algorithms for CNC Lathe Contouring Compensation

There is considerable interest in the development and improvement of contouring test devices for CNC machines. When ball bar systems are employed to test CNC lathes, the eccentricity cannot be determined accurately from the sampled quadrant contouring data via the least-squares method. Geometric errors, such as squareness and deformation errors, are underestimated, causing significant errors in eccentricity values. Thus, one device with one method is suggested herein for improved lathe compensation for a given radius. Further, it is found that by adjusting a lathe during initial setting-up, for the eccentricity determined via the proposed methodology, the real geometric error of the turned part can be significantly reduced. Thus, it is very important to obtain the correct eccentricity and minimum zone solution. In this paper, genetic algorithms (GAs) are employed to solve the minimum zone solution. Simulated data and analysed results prove that the proposed method is superior to the least-squares method.     

IMPROVING ACCURACY OF CNC MACHINE TOOLS THROUGH COMPENSATION FOR THERMAL ERRORS

ＩＭＰＲＯＶＩＮＧＡＣＣＵＲＡＣＹＯＦＣＮＣＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬＳＴＨＲＯＵＧＨＣＯＭＰＥＮＳＡＴＩＯＮＦＯＲＴＨＥＲＭＡＬＥＲＲＯＲＳＬｉＳｈｕｈｅＺｈａｎｇＹｉｑｕｎＹａｎｇＳｈｉｍｉｎＺｈａｎｇＧｕｏｘｉｏｎｇＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔ...     

数控机床误差的多项式预报与补偿

建立了数控机床空间误差预报的多项式模型，该模型把机床的空间误差表示为机床运动坐标的多项式函数；提出了用激光球杆仪直接测量机床空间误差的方法；由机床工作空间有限定位点误差的测量数据，利用最小二乘法来决定误差预报模型的系数。在XK713数控加工中心上进行了误差的多项式建模和补偿实验，结果表明本误差预报和补偿方法省时，效果显著。     

基于移动最小二乘的数控龙门导轨磨床定位误差建模及补偿技术

为提高国产大型龙门导轨磨床精度,针对大型龙门导轨磨床的定位误差,应用移动最小二乘法建立误差模型。移动最小二乘法是形成无网格方法逼近函数的方法之一,生成的曲线曲面具有精度高、光滑性好等许多优点,其建模精度远高于普通最小二乘法（LS）。为实现大型导轨磨床的在机实时补偿,应用外部坐标偏移法对大型龙门导轨磨床定位误差进行补偿。补偿后,大型龙门导轨磨床精度提高89.3%,有效提高了该龙门导轨磨床的加工精度。     

数控车床加工精度的影响因素及提高方法分析

首先阐述了数控车床的组成及工作原理,在此基础上对影响数控车床精度的因素进行了分析,并提出了提高数控车床精度的方法和措施,相关方法和措施的提出对提高数控车床的加工精度具有一定的指导作用。     

亚微米数控车床误差补偿技术研究

在分析亚微米超精密数控车床样机误差源的基础上,采用在线测量和离线测量相结合的方法辨识误差补偿量,建立了误差补偿控制系统,实验结果表明所用的误差补偿策略是相当有效的。     

大型数控龙门铣床几何误差补偿方法研究

针对大型数控龙门铣床几何误差的问题,建立了大型数控龙门铣床的几何误差模型,分析了大型数控龙门铣床的几何误差源;利用API(T3)激光跟踪仪高精度大尺寸的测量特点及数据处理能力,提出了X、Y、Z轴线位移误差、角位移误差及各轴间垂直度误差的辨识算法,通过激光测量与计算准确地辨识了大型数控龙门铣床的几何误差;建立了大型数控龙门铣床加工空间几何误差数学模型,采用基于对象的事件驱动机制的程序设计语言Visual Basic开发了几何误差补偿软件,实现了几何误差补偿;现场检测了大型数控龙门铣床空行程平面运动轨迹及工件的平面度。研究结果表明,该方法使平面加工精度提高了50.77%,并验证了几何误差模型的正确性及几何误差补偿方法的有效性。     

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。     

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。     

三轴机械几何误差辨识新方法的研究

为高效，简便，精确辨识三轴机械的几何误差，提出了一种新的位移辨识法，并以XYFZ型三轴立式机床为例，详细讨论了误差辨识的基本原理，该方法通过测量工作区内12条直线上的位移误差能快速，精确确定三轴机械的全部21项几何误差，缩短了误差辨识时间，并只需要少量的测量设备，是三轴机械精度评定的一种有效方法，特别适合经常性的精度监测和校正。试验结果验证了所述方法的正确性。